燃焼状態解析装置及び燃焼状態解析システム
【課題】エンジンのシリンダの内圧及び容積等の情報を取得して燃焼状態の解析を行うことができる燃焼状態解析装置、及び船舶に搭載されたエンジンの燃焼状態の解析を陸上にて行うことができる燃焼状態解析システムを提供する。
【解決手段】燃焼状態解析装置３の情報収集装置１０は、回転センサ２５によりエンジン２のクランクの１回転を検知し、クランクが１回転する間のシリンダの内圧を内圧センサ２６により繰り返し取得する。取得した複数の内圧の検出値から上死点を探索し、上死点でのクランクの回転位置を基準位置として、内圧の各検出値でのクランクの回転角を算出する。この回転角からエンジン２のシリンダ内の容積を算出し、内圧、回転角及び容積を対応付けてハードディスク１５に蓄積する。ＰＣ３０は情報収集装置１０から蓄積した情報を取得し、ディスプレイに内圧−回転角のグラフ、及び内圧−容積のグラフ等を表示する。
【解決手段】燃焼状態解析装置３の情報収集装置１０は、回転センサ２５によりエンジン２のクランクの１回転を検知し、クランクが１回転する間のシリンダの内圧を内圧センサ２６により繰り返し取得する。取得した複数の内圧の検出値から上死点を探索し、上死点でのクランクの回転位置を基準位置として、内圧の各検出値でのクランクの回転角を算出する。この回転角からエンジン２のシリンダ内の容積を算出し、内圧、回転角及び容積を対応付けてハードディスク１５に蓄積する。ＰＣ３０は情報収集装置１０から蓄積した情報を取得し、ディスプレイに内圧−回転角のグラフ、及び内圧−容積のグラフ等を表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶などに搭載されたエンジンの燃焼状態を解析するための燃焼状態解析装置及び燃焼状態解析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１は、エンジンの特性の一例を示すグラフであり、（ａ）にはエンジンのクランクの回転角及びシリンダ内圧の関係を示してあり、（ｂ）にはエンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の関係を示してある。エンジンのクランクが一回転した場合、クランクの回転運動によりシリンダ内を往復運動するピストンが一往復し、シリンダ内容積が変化してシリンダ内のガスが圧縮され、シリンダ内圧が所定値まで上昇した後に下降する（図１１（ａ）の破線参照）。このとき、ピストンがシリンダの最上端に達した位置は上死点と呼ばれており、上死点又はこの近傍にてピストン運動によるシリンダ内圧の上昇が最大となる。ピストンが上死点の位置を若干通り過ぎたときにシリンダ内のガスに点火して燃焼させることにより、ガスの爆発力によってシリンダ内圧が更に上昇する（図１１（ａ）の実線参照）。このシリンダ内圧の上昇分がエンジンの原動力となる。
【０００３】
このときのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の関係は、図１１（ｂ）に示すように、シリンダ内容積の上昇時と下降時とで異なる曲線を示すため、これらの曲線で囲まれた領域の面積からエンジンの馬力を算出することができる。よって、エンジンからシリンダ内圧、クランクの回転角及びシリンダ内容積等の情報を取得することによって、エンジンの燃焼状態を解析することができ、エンジンの不具合及び故障等を発見することができる。
【０００４】
特許文献１においては、機関の回転数及び筒圧力を検出し、１回転あたりの時間から整数分の１°に相当する時間間隔を演算し、この時間間隔のパルス毎に回転数及び筒圧力に係るデータを取得して、取得したデータを１°間隔のデータとして再配列するディーゼル機関の筒内圧入力装置が提案されている。この装置は、回転角を基準とした筒内圧の入力が不可能な場合であっても、時間基準のパルス信号により精度のよい角度基準データを取得することができる。
【０００５】
特許文献２においては、多気筒エンジンの気筒毎に設けられ、各気筒の燃焼圧を検出する筒内圧センサと、筒内圧センサが出力する電荷信号を電圧信号に変換し、筒内圧センサの電荷発生開始前及び終了後に電圧出力レベルが同一レベルとなるように補正する機能を有するアンプユニットと、各気筒のアンプユニットが接続されるチャンネル切替ユニットとを備え、電子制御ユニットから出力されるチャンネル選択信号により、アンプユニットからの複数系統の信号のうち、計測対象となる系統の信号を選択して出力することにより、気筒毎の燃焼圧データを複雑な処理を要することなく簡単な構成で効率的に収集できる多気筒エンジンの燃焼圧データ収集システムが提案されている。
【０００６】
特許文献３においては、エンジンサイクル毎に取得した筒内圧信号、クランク角信号及びカム軸トップ信号の計測データと、計測データの表示処理に必要なパラメータと、データを取得した時刻とをファイルデータとしてリングメモリ状に格納し、現場エンジンサイドにネットワークで接続された現地事務所及び遠隔監視センタへファイルデータを送信し、現地事務所又は遠隔監視センタにて受信したファイルデータを基に燃焼診断用波形を表示処理するエンジンの遠隔燃焼診断システムが提案されている。
【特許文献１】特開昭５９−１００８３４号公報
【特許文献２】特開２００５−９０４６４号公報
【特許文献３】特開２００５−２９１１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のディーゼル機関の筒内圧入力装置では、取得することができるデータは筒内圧及び回転角の対応関係のみであり、図１１（ｂ）に示すようなシリンダ内容積に係るデータを取得することはできない。同様に、特許文献２に記載の多気筒エンジンの燃焼圧データ収集システムは筒内圧センサのみを搭載する構成であるため、シリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係るデータを取得することはできない。よって、エンジンの燃焼状態の解析に必要なデータを十分に得られないという問題がある。
【０００８】
特許文献３に記載のエンジンの遠隔燃焼診断システムは、エンジンの筒内圧信号、クランク角信号及びカム軸トップ信号の３つの計測データを取得することができるため、これらの計測データを基にシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係るデータを取得することが可能であるが、クランク角信号を取得するためには例えばロータリエンコーダなどにより回転角の検出を行う必要がある。しかし、船舶に搭載されるエンジンなどの大型のエンジンでは回転角の検出を行うことが困難であるという問題がある。
【０００９】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、エンジンのシリンダ内圧及びクランクの回転を検出し、検出結果を基にクランクの回転角の変化量に対するシリンダ内圧の変化量、即ちクランクの回転角に対するシリンダ内圧の変化率を算出し、変化率に応じてクランクの回転の基準位置を決定し、基準位置を基にしたクランクの回転角に対するシリンダ内容積を算出してシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を取得する構成とすることにより、エンジンのクランクの回転角を直接的に検出することなく、シリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を取得してエンジンの燃焼状態の解析を行うことができる燃焼状態解析装置を提供することにある。
【００１０】
また本発明の他の目的とするところは、エンジンのシリンダ内圧が最大となるクランクの回転位置を取得し、この位置に達する以前の所定の回転角範囲内で変化率の算出を行う構成とすることにより、変化率を算出するための演算量を低減することができる燃焼状態解析装置を提供することにある。
【００１１】
また本発明の他の目的とするところは、算出した変化率が所定の範囲内に収まる回転位置をクランクの回転の基準位置とする構成とすることにより、所定の範囲を規定する上限値及び下限値等との比較のみで基準位置を簡単に取得することができる燃焼状態解析装置を提供することにある。
【００１２】
また本発明の他の目的とするところは、算出した変化率が最も０に近い回転位置をクランクの回転の基準位置とする構成とすることにより、エンジンの上死点を簡単に取得し、上死点の回転位置を基準位置として簡単に取得することができる燃焼状態解析装置を提供することにある。
【００１３】
また本発明の他の目的とするところは、基準位置を基にしたクランクの回転角からピストンの位置を算出し、ピストンの位置及びシリンダ径を基にシリンダ内容積を算出する構成とすることにより、エンジンのクランクの回転角を直接的に検出することなく、シリンダ内容積を精度よく算出することができる燃焼状態解析装置を提供することにある。
【００１４】
また本発明の他の目的とするところは、エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を表示する手段を備える構成とすることにより、エンジンの燃焼状態を簡単且つ確実に確認することができる燃焼状態解析装置を提供することにある。
【００１５】
また本発明の他の目的とするところは、エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を他の装置へ送信する送信手段を備える構成とすることにより、エンジンの燃焼状態に係る情報を遠隔地で取得し、燃焼状態の解析を行うことができる燃焼状態解析装置を提供することにある。
【００１６】
また本発明の他の目的とするところは、船舶に搭載されたエンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を燃焼状態解析装置にて取得し、取得した情報を燃焼状態解析装置が送信して陸上の受信装置が受信する構成とすることにより、遠隔地を航海する船舶のエンジンの燃焼状態を陸上の管理会社などで解析する事ができる燃焼状態解析システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１発明に係る燃焼状態解析装置は、エンジンの燃焼状態を解析する燃焼状態解析装置において、前記エンジンのシリンダ内圧を検出する内圧検出手段と、前記エンジンのクランクの回転を検出する回転検出手段と、前記内圧検出手段が検出したシリンダ内圧及び前記回転検出手段が検出した回転を基に、クランクの回転角の変化量に対するシリンダ内圧の変化量を算出する変化率算出手段と、該変化率算出手段が算出した変化率に応じて、クランクの回転の基準位置を決定する基準位置決定手段と、前記基準位置を基にしたクランクの回転角に対する前記エンジンのシリンダ内容積を算出する容積算出手段とを備え、前記エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を取得することを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、エンジンのシリンダ内圧（Ｐ）及びクランクの回転を検出する。検出結果から回転角の変化量（ｄθ）に対するシリンダ内圧の変化量（ｄＰ）、即ち変化率（ｄＰ／ｄθ）を算出することができる。算出した変化率が所定条件となるクランクの回転位置を探索して、この回転位置をクランクの回転の基準位置（θ0 ）とする。例えばこの位置が上死点となるように所定条件を定めた場合、シリンダ内容積が最小となるクランクの回転位置を基準位置とすることができ、基準位置に対するクランクの回転角（θ）からシリンダ内容積（Ｖ（θ））を算出して、エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応（Ｐ−Ｖ）を取得することができる。
【００１９】
また、第２発明に係る燃焼状態解析装置は、前記内圧検出手段が検出したシリンダ内圧が最大となるクランクの回転位置を取得する最大位置取得手段を備え、前記変化率算出手段は、前記最大位置取得手段が取得した回転位置に達する以前の所定の回転角範囲内にて変化率の算出を行うようにしてあることを特徴とする。
【００２０】
本発明においては、シリンダ内圧及びクランクの回転の対応関係から、まずシリンダ内圧が最大となるクランクの回転位置を取得する。次いで、シリンダ内圧がこの位置に達するより前の所定の回転角範囲内にて、シリンダ内圧の変化率を算出する。例えば所定の回転角範囲を最大点より前４５°の範囲とすれば、回転の一周に亘って変化率を算出する場合と比較して、４５°／３６０°＝１２．５％に演算量を低減することができる。
【００２１】
また、第３発明に係る燃焼状態解析装置は、前記基準位置決定手段が、前記変化率算出手段が算出した変化率が所定範囲内に収まる回転位置をクランクの回転の基準位置として決定するようにしてあることを特徴とする。
【００２２】
本発明においては、算出した変化率（ｄＰ／ｄθ）が例えば上限値（Ａ）及び下限値（Ｂ）で規定される所定の範囲内に収まる（Ｂ＜ｄＰ／ｄθ＜Ａ）回転位置を求め、この位置を回転の基準位置（θ0 ＝０°）とする。変化率の算出後に、上限値及び下限値との比較のみで簡単に基準位置を取得することができる。例えば、上限値を＋１などの値の小さい正の値とし、下限値を−１などの値の小さい負の値とした場合、変化率が０に近い位置を求めることができ、所謂上死点を簡単に取得することができる。
【００２３】
また、第４発明に係る燃焼状態解析装置は、前記基準位置決定手段が、前記変化率算出手段が算出した変化率が最も０に近い回転位置をクランクの回転の基準位置として決定するようにしてあることを特徴とする。
【００２４】
本発明においては、算出した変化率（ｄＰ／ｄθ）が最も０に近い回転位置（ｄＰ／ｄθ≒０）を求めて、この位置を回転の基準位置（θ0 ＝０°）とする。この位置は上死点であり、上死点でのクランクの回転位置を基準位置とすることができる。上死点ではエンジンのシリンダ内容積が最小となるため、上死点を基準位置とすることでシリンダ内容量を正確に算出することが可能となる。
【００２５】
また、第５発明に係る燃焼状態解析装置は、前記容積算出手段が、前記基準位置を基にしたクランクの回転角に応じて、前記エンジンのシリンダ内を往復移動するピストンの位置を算出し、算出したピストンの位置及び前記エンジンのシリンダ径を基に、前記エンジンのシリンダ内容積を算出するようにしてあることを特徴とする。
【００２６】
本発明においては、基準位置に対する回転角に応じて、エンジンのシリンダ内を往復移動するピストンの位置を算出する。エンジンのシリンダ内容積はピストンの位置に応じて変化するため、ピストンの位置及びシリンダ径からシリンダ内容量を算出することができる。基準位置を上死点でのクランクの回転位置とした場合、ピストンの位置はクランクの回転半径、並びにクランク及びシリンダを連結する連結棒の長さ等から算出することができる。
【００２７】
また、第６発明に係る燃焼状態解析装置は、前記エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を表示する表示手段を備えることを特徴とする。
【００２８】
本発明においては、エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を例えばグラフなどにより表示する。これにより、エンジンの燃焼状態の変化を視覚的に簡単且つ確実に確認することができる。
【００２９】
また、第７発明に係る燃焼状態解析装置は、前記エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を他の装置へ送信する送信手段を備えることを特徴とする。
【００３０】
本発明においては、エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を、例えば無線通信又はＬＡＮ等を利用して他の装置へ送信する。これにより、エンジンから離隔した場所で燃焼状態に係る情報を取得することができる。特に無線通信の場合、船舶又は自動車等の移動体に搭載されたエンジンの燃焼状態を無線通信を利用して遠隔地で取得し、エンジンの燃焼状態を解析する事が可能となる。
【００３１】
また、第８発明に係る燃焼状態解析システムは、船舶に搭載されたエンジン及び上述の燃焼状態解析装置と、陸上に配され、前記燃焼状態解析装置が送信する前記エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を受信する受信手段を有する受信装置とを備えることを特徴とする。
【００３２】
本発明においては、船舶に搭載されたエンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を上述の燃焼状態解析装置にて取得し、取得した情報を例えば無線通信により陸上に設置された受信装置へ送信する。陸上の船舶管理会社などに受信装置を設置することによって、航海中の船舶からエンジンの燃焼状態に関する情報を取得して解析する事ができる。また、複数の船舶に搭載された燃焼状態解析装置からの情報を船舶管理会社などで集中して管理することが可能となる。
【発明の効果】
【００３３】
第１発明による場合は、エンジンのシリンダ内圧及びクランクの回転を検出し、クランクの回転角に対するシリンダ内圧の変化率を算出して、算出した変化率に応じてクランクの回転の基準位置を決定し、基準位置を基にしたクランクの回転角に対するシリンダ内容積を算出してシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を取得する構成とすることにより、エンジンのクランクの回転角を直接的に検出することなくシリンダ内容積を算出することができ、クランクの回転角を直接的に検出することが難しい船舶などの大型のエンジンであっても、シリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を取得して燃焼状態の解析を行うことができる。よって、エンジンの不具合又は故障等を確実に且つ早期に発見することができるため、エンジンの信頼性を高めることができ、エンジンを搭載する船舶の航海又は車両の走行等の安全性を高めることができる。
【００３４】
また、第２発明による場合は、エンジンのシリンダ内圧が最大となるクランクの回転位置を取得し、この回転位置に達する以前の所定の回転角範囲内で変化率の算出を行う構成とすることにより、回転の一周に亘って変化率を算出する場合と比較して、変化率を算出するための演算量を低減することができるため、演算能力の低いＣＰＵ又はＭＰＵ等であっても演算を行うことが可能であり、燃焼状態解析装置のコストを低減することができる。
【００３５】
また、第３発明による場合は、算出した変化率が所定の範囲内に収まるクランクの回転位置を基準位置とする構成とすることにより、所定の範囲を規定する上限値及び下限値等との比較のみで簡単に基準位置を取得することができるため、処理能力の低いＣＰＵ又はＭＰＵ等であっても基準位置を簡単に取得することができ、燃焼状態解析装置のコストを低減することができる。また、所定の範囲の設定によっては、エンジンの上死点を簡単に取得することができ、エンジンのシリンダ内容積の算出を高精度に行うことができる。
【００３６】
また、第４発明による場合は、算出した変化率が最も０に近いクランクの回転位置を基準位置とする構成とすることにより、エンジンの上死点でのクランクの回転位置を基準位置として取得することができ、エンジンのシリンダ内容積を精度よく算出することができるため、クランクの回転角を直接的に検出することが難しい船舶などの大型のエンジンであっても、シリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を精度よく取得して燃焼状態の解析を行うことができる。よって、燃焼状態の解析をより効率よく行うことができ、エンジンの信頼性をより高めることができ、エンジンを搭載する船舶の航海又は車両の走行等の安全性をより高めることができる。
【００３７】
また、第５発明による場合は、基準位置を基にしたクランクの回転角からピストンの位置を算出し、ピストンの位置及びシリンダ径を基にシリンダ内容積を算出する構成とすることにより、クランクの回転角を直接的に検出することが難しい船舶などの大型のエンジンであっても、シリンダ内容積を精度よく算出することができるため、燃焼状態の解析を効率よく行うことができ、エンジンの信頼性をより高めることができ、エンジンを搭載する船舶の航海又は車両の走行等の安全性をより高めることができる。
【００３８】
また、第６発明による場合は、エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を例えばグラフなどにより表示する構成とすることにより、エンジンの燃焼状態の変化を視覚的に簡単且つ確実に確認することができるため、燃焼状態解析装置の利便性を高めることができる。
【００３９】
また、第７発明による場合は、エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を、例えば無線通信又はＬＡＮ等を利用して他の装置へ送信する構成とすることにより、エンジンの燃焼状態に係る情報を遠隔地で取得し、燃焼状態の解析を行うことができるため、燃焼状態解析装置の利便性をより高めることができる。
【００４０】
また、第８発明による場合は、船舶に搭載されたエンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を上述の燃焼状態解析装置にて取得し、取得した情報を例えば無線通信により陸上に設置された受信装置へ送信する構成とすることにより、航海中の船舶からエンジンの燃焼状態に関する情報を陸上の船舶管理会社などで解析する事ができると共に、複数の船舶に搭載された燃焼状態解析装置からの情報を船舶管理会社などで集中して管理することができるため、船舶の管理効率を高めることができると共に、船舶の航海の安全性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図１は、本発明に係る燃焼状態解析システムの概略を示す模式図である。図において１は海洋上を航海する船舶である。船舶１は、推進力を発生させるためのエンジン２と、エンジン２の燃焼状態に係る情報を取得して解析するための燃焼状態解析装置３とを搭載している。燃焼状態解析装置３は、エンジン２に取り付けられた種々のセンサからの情報を収集する情報収集装置１０と、船舶１に乗船したユーザが燃焼状態に係る情報の表示及び解析等を行うためのＰＣ（パーソナルコンピュータ）３０とにより構成されるものである。情報収集装置１０は、船舶１内のエンジン２が設置された場所の近傍、例えば機関室などに設置するようにしてある。ＰＣ３０は、船内ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのネットワーク１０１を介して情報収集装置１０に接続してあり、船舶１内の例えば船橋などに設置するようにしてある。
【００４２】
船舶１に搭載されたＰＣ３０は、通信衛星７０などを介した無線通信を行う機能を有しており、情報収集装置１０が収集した情報を陸上のサービス提供会社５０へ無線通信により送信することができるようにしてある。サービス提供会社５０は、本発明に係る燃焼状態解析システムを利用したサービスを提供する会社であり、通信衛星７０などを介した無線通信を行う機能を有するサーバ装置５０ａが設置してある。サーバ装置５０ａは、無線通信により船舶１のＰＣ３０から受信した情報を蓄積すると共に、インターネットなどのネットワーク１０２を介して船舶１を管理する管理会社６０に蓄積した情報を提供するようにしてある。
【００４３】
管理会社６０は、船舶１に搭載された設備の状態及び船舶１の航海等の管理を行う会社であり、船舶１を所有する会社であってもよい。管理会社６０には、ネットワーク１０２を介して情報の送受信を行うことができるＰＣ６０ａが設置してあり、サービス提供会社５０から送信された情報を受信して表示及び解析等を行うことができるようにしてある。なお、図示は省略するが、サービス提供会社５０は複数の船舶１から情報を受信して蓄積することができるようにしてあり、且つ、複数の管理会社６０に情報を提供することができる。この場合、サーバ装置５０ａは、複数の船舶１に係る情報から、管理会社６０が管理する船舶１のみの情報を選別して、各管理会社６０へそれぞれ提供するようにしてある。
【００４４】
図２は、本発明に係る燃焼状態解析装置３の情報収集装置１０の構成を示すブロック図である。情報収集装置１０は、船舶１のエンジン２の適所に設置された給気圧センサ２４、回転センサ２５及び内圧センサ２６等の各種センサが検出した検出結果の収集・蓄積及びＰＣ３０への送信等を行う機能を有している。また、情報収集装置１０は、回転センサ２５が検出するエンジン２のクランクの回転及び内圧センサ２６が検出するエンジン２のシリンダ内圧から、エンジン２のシリンダ内容積を算出する機能を有している。
【００４５】
情報収集装置１０は、回転センサ２５及び内圧センサ２６の検出結果の収集・蓄積及びシリンダ内容積の算出等の処理を行う本体部１１を備えており、本体部１１はＣＰＵ１２、ＲＯＭ１３、ＲＡＭ１４、ハードディスク１５、ＬＡＮインタフェース（図中にはＬＡＮ Ｉ／Ｆと表記する）１６、回転検出部１７及びセンサ入力部１８等がバスを介して接続された構成である。ＣＰＵ１２は、本体部１１の各部の制御を行って情報の収集・蓄積を行うと共に、シリンダ内容積の算出などの演算処理を行うものである。
【００４６】
ＲＯＭ１３は、ＣＰＵ１２にて実行されるプログラム及び処理に必要な設定値などのデータが予め記憶してあり、マスクＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ素子で構成してある。ＲＡＭ１４は、各種のセンサから与えられた情報の一時的な蓄積及びＣＰＵ１２が行う演算処理の過程で生じた一時的なデータの記憶等を行うものであり、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等の容量の大きい書き換え可能なメモリ素子で構成してある。ハードディスク１５は、各種センサから与えられた情報を蓄積するためのものであり、数ＧＢ〜数十ＧＢ程度の容量を有する記憶媒体である。
【００４７】
ＬＡＮインタフェース１６は、他の装置との間で情報の送受信を行うためのハードウェアである。ただし、情報収集装置１０は、内部にＨＵＢ２１を備えており、ＬＡＮインタフェース１６は直接的に船内ＬＡＮなどのネットワーク１０１に接続されておらず、ＨＵＢ２１を介して間接的にネットワーク１０１に接続してある。ＨＵＢ２１は、通信機能を有する複数の機器を相互に接続するための機器であり、リピータＨＵＢ又はスイッチングＨＵＢ等の種々のＨＵＢを用いることができる。
【００４８】
エンジン２の適所に配された回転センサ２５は、エンジン２のクランクの回転を検出するセンサであり、クランクの１回転毎に１つのパルスを出力するようにしてある。本体部１１の回転検出部１７は、回転センサ２５から与えられるパルス信号の立ち上り又は立ち下がりのエッジを検出することでエンジン２のクランクの１回転を検出し、これをＣＰＵ１２へ通知するようにしてある。これによりＣＰＵ１２は、エンジン２のクランクの回転数又はクランクの１回転に要する時間等を算出することができる。
【００４９】
エンジン２の適所に配された内圧センサ２６は、エンジン２のシリンダ内の圧力を検出し、圧力に応じた微弱な電圧を発生させるセンサである。内圧センサ２６が出力する微弱な電圧は内圧センサ用アンプ２３にて増幅され、本体部１１のセンサ入力部１８へ入力される。センサ入力部１８は、内圧センサ用アンプ２３にて増幅された電圧の値をデジタル値に変換し、変換したデジタルの電圧値をＲＡＭ１４に与えて記憶すると共に、電圧値の取得をＣＰＵ１２に通知するようにしてある。これによりＣＰＵ１２は、ＲＯＭ１３に記憶されたテーブルを参照して電圧値を圧力値に変換し、エンジン２の内圧を取得することができる。
【００５０】
エンジン２の適所に配された給気圧センサ２４は、エンジン２に供給されるガスの気圧を検出し、気圧に応じた電圧を発生させるセンサであり、給気圧センサ２４が出力する電圧は変換部２２に与えられる。変換部２２は与えられた電圧の値をデジタル値に変換すると共に、デジタルの電圧値をネットワーク１０１を介した通信を行うためのプロトコルに適したデータ形式に変換し、本体部１１を介さずにＨＵＢ２１からネットワーク１０１に接続されたＰＣ３０へ給気圧センサ２４の検出結果を送信するようにしてある。また、本体部１１へＨＵＢ２１を介して給気圧センサ２４の検出結果を与えることも可能である。
【００５１】
なお、図２においては、船舶１に搭載されたエンジン２を１つのみ図示してあるが、船舶１が複数のエンジン２を搭載していてもよく、この場合にはエンジン２毎に給気圧センサ２４、回転センサ２５及び内圧センサ２６をそれぞれ設ければよい。また、エンジン２には給気圧センサ２４、回転センサ２５及び内圧センサ２６がそれぞれ１つずつ設けてあるが、これはエンジン２がシリンダを１つ有する場合であり、エンジン２が複数のシリンダを有する場合、所謂多気筒エンジンの場合には、シリンダ毎に給気圧センサ２４、回転センサ２５及び内圧センサ２６を設ければよい。このような場合、情報収集装置１０には、給気圧センサ２４、回転センサ２５及び内圧センサ２６の配設数に応じて、回転検出部１７、センサ入力部１８、変換部２２及び内圧センサ用アンプ２３を複数設けるものとする。
【００５２】
図３は、本発明に係る燃焼状態解析装置３のＰＣ３０の構成を示すブロック図である。ＰＣ３０は、一般的なコンピュータに通信衛星７０を介した通信を行う機能を付与した構成であり、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、ハードディスク３４、ディスプレイ３５、無線通信部３６及びＬＡＮインタフェース３７等がバスを介して接続された構成である。ＣＰＵ３１は、ＰＣ３０の各部の制御及び各種の演算等を行うものであり、ＲＯＭ３２又はハードディスク３４に予め記憶されたプログラムを読み出して実行することによりこれらの処理を行うようにしてある。
【００５３】
ＲＯＭ３２は、ＣＰＵ３１にて実行されるプログラム及び処理に必要な設定値などのデータが予め記憶してあり、マスクＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ素子で構成してある。ＲＡＭ３３は、通信衛星７０を介した無線通信又はネットワーク１０１を介した船舶１内の通信により受信した情報の一時的な蓄積、及びＣＰＵ３１が行う演算処理の過程で生じた一時的なデータの記憶等を行うものであり、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等の容量の大きい書き換え可能なメモリ素子で構成してある。ハードディスク３４は、ＣＰＵ３１にて実行されるプログラム及び通信により受信した情報等を記憶するためのものであり、数ＧＢ〜数十ＧＢ程度の容量を有する記憶媒体である。
【００５４】
ディスプレイ３５は、例えば液晶などの表示デバイスを用いて構成されるものであり、与えられた表示用の画像データを表示するようにしてある。情報収集装置１０が収集したエンジン２に係る情報をＰＣ３０が取得し、取得した情報をグラフ又は表等の表示用の画像にＣＰＵ３１が加工し、このグラフ又は表等をディスプレイ３５に表示することによって、ユーザが把握しやすい状態でエンジン２に係る情報を表示することができ、ユーザは表示された情報を解析してエンジン２の不具合又は故障等を容易に発見できる。
【００５５】
無線通信部３６は通信衛星７０との間で無線により情報の送受信を行うためのハードウェアであり、これによりＰＣ３０は通信衛星７０を介して陸上のサービス提供会社５０に設けられたサーバ装置５０ａと情報の送受信を行うことができるようにしてある。ＬＡＮインタフェース３７は、他の装置との間で有線にて情報の送受信を行うためのハードウェアであり、船舶１のネットワーク１０１に接続してある。これにより、ＰＣ３０は情報収集装置１０からエンジン２に係る情報を取得することができると共に、情報収集装置１０の動作の設定又は各種の命令の送信等を行うことができるようにしてある。
【００５６】
図４は、船舶１に搭載されたエンジン２の構成を示す模式図である。エンジン２は、シリンダ２ａ、ピストン２ｂ、クランク２ｃ及び連接棒２ｄ等により構成されている。シリンダ２ａは一側（以下、上側という）が密閉された略円筒形をなす容器であり、シリンダ２ａ内を略円柱形のピストン２ｂが同軸に上下に摺動するように収容してある。また、クランク２ｃは、ピストン２ｂの摺動方向に略垂直な方向の回転軸を有する軸体であり、連接棒２ｄによりピストン２ｂに接続され、ピストン２ｂの上下運動をクランク２ｃの回転運動に変換するようにしてある（図４（ａ）参照）。
【００５７】
ピストン２ｂは、図４（ｂ）に示すクランク２ｃに最も近づく位置、即ち下死点から、図４（ｃ）に示すよクランク２ｃから最も遠ざかる位置、即ち上死点までの間を、クランク２ｃの回転半径ｒの２倍の距離を移動することができる。この移動距離が所謂ストロークＳであり、以下の（１）式が成立する。
Ｓ ＝ ２×ｒ …（１）
【００５８】
また、ピストン２ｂが上死点に位置する場合のシリンダ２ａ内の容積と下死点に位置する場合の容積との差、所謂ストロークボリュームＶｓは、シリンダ２ａの直径をＤとした場合、以下の（２）式で表すことができる。
Ｖｓ ＝ （πＤ2 ／４）×Ｓ …（２）
更に、ピストン２ｂが上死点に位置する場合のシリンダ２ａ内の容積、所謂クリアランスボリュームＶｃは、エンジン２の圧縮比をεとした場合、以下の（３）式で表すことができる。
Ｖｃ ＝ Ｖｓ／（εー１） …（３）
【００５９】
また、ピストン２ｂの上死点からの変位量をＸとし、連接棒の長さをＬｒとし、上死点に対応する位置を基準としたクランク２ｃの回転角をθとした場合、以下の（４）式が成立する。
Ｘ（θ） ＝ （Ｌｒ＋ｒ）
−Ｌｒ（１−ｒ2 ／Ｌｒ2 ・ｓｉｎ2 θ）1/2
−ｒ・ｃｏｓθ …（４）
よって、シリンダ２ａ内の容積Ｖは、以下の（５）式で表すことができる。
Ｖ（θ） ＝ Ｖｃ＋（πＤ2 ／４）×Ｘ（θ） …（５）
【００６０】
以上の（４）及び（５）式により、上死点に対応する位置を基準位置としたクランク２ｃの回転角θから、エンジン２のシリンダ２ａ内の容積を算出することができる。しかしながら、クランク２ｃ及びピストン２ｂの詳細な位置をエンジン２の外部から直接的に把握することは難しいため、クランク２ｃの回転角θの基準位置となる上死点に対応する位置が容易に把握できないという問題がある。そこで、本発明に係る燃焼状態解析装置３では、エンジン２のシリンダ２ａの内圧を検出する内圧センサ２６の検出結果を基に、ピストン２ｂが上死点に位置するタイミングを算出し、このタイミングでのクランク２ｃの回転位置を基準位置（θ＝０°）としてシリンダ２ａの容積Ｖを算出するようにしてある。
【００６１】
図５は、本発明に係る燃焼状態解析装置が行う基準位置の決定方法を説明するための模式図である。上述の通り、エンジン２のクランク２ｃの１回転毎に１つのパルスを発するパルス信号を回転センサ２５が出力する。図示のグラフは、回転センサ２５が出力するパルス信号から一の立ち上りエッジを検出し、次の立ち上りエッジを検出するまでの間に、内圧センサ２６により検出したエンジン２のシリンダ２ａの内圧Ｐの検出値をグラフとして示したものである。なお、横軸はパルス信号の立ち上りエッジでのクランク２ｃの回転角を仮に０°とし、０°〜３６０°の範囲の回転角θとしてある。
【００６２】
シリンダ２ａの内圧は、クランク２ｃの回転と共に傾きを増しながら徐々に上昇して最大点ａに到達するが、上昇の途中で傾きが減じる期間が存在する。この期間で最も傾きが小さい点ｂが上死点である。エンジン２ではピストン２ｂが上死点に到達したときにシリンダ２ａ内のガスに点火して燃焼させるようにしてあり、これによりシリンダ２ａの内圧が更に上昇し、最大点ａに到達した後、クランク２ｃの回転と共に徐々に下降する。
【００６３】
情報収集装置１０のＣＰＵ１２は、クランク２ｃの１回転分の内圧の情報を取得した後、まず、シリンダ２ａの内圧が最大となる最大点ａの探索を行うようにしてある。探索により最大点ａを取得した後、最大点ａより前の所定区間Ｍの検出値を対象に、上死点ｂの探索を行うようにしてある。なお、図５においては、所定区間Ｍとしてクランク２ｃが４５°回転する区間を一例として採用してあるが、これに限るものではない。クランク２ｃが４５°回転する区間は、パルス信号の立ち上りエッジ間にクランク２ｃが３６０°回転するため、立ち上りエッジ間の１／８の区間に相当する。
【００６４】
上死点ｂの探索は最大点ａに最も遠い点から順に、各点でのクランク２ｃの回転角の変化量に対するシリンダ２ａの内圧Ｐの変化量、即ち各点での傾き（ｄＰ／ｄθ）を算出し、算出した傾きと予め定められた２つの閾値Ａ及びＢとを比較して、Ａ＜ｄＰ／ｄθ＜Ｂの条件が成立するか否かを判定することによって行うようにしてある。ＣＰＵ１２は、最大点ａに最も遠い点からこの条件判定を順次行い、条件が成立した点を上死点ｂとするようにしてある。なお、閾値Ａは０近傍の負の値とし、閾値Ｂは０近傍の正の値とすることで傾きが０又は０近傍の点を探索することができる。閾値Ａ及びＢの値は、内圧センサ２６の精度及び内圧の取得頻度に応じて適切な値を予め設定する。
【００６５】
探索により上死点ｂを取得した後、上死点ｂでのクランク２ｃの回転角を回転の基準位置θ0 （θ＝０°）と決定し、シリンダ２ａの内圧Ｐの検出値毎に、基準位置θ0 を基にした回転角θをそれぞれ算出する。また、上死点ｂでの回転角を基準位置θ0 とした回転角θが得られるため、上述の（４）及び（５）式により、シリンダ２ａ内の容積Ｖを算出することができる。よって、情報収集装置１０のＣＰＵ１２は、シリンダ２ａの内圧Ｐの検出値と、基準位置θ0 を基にして算出した回転角θと、上述の（４）及び（５）式により算出したシリンダ２ａ内の容積Ｖとを対応付け、このデータ（Ｐ、θ、Ｖ）をハードディスク１５に蓄積するようにしてある。
【００６６】
なお、これらのデータを取得したときの回転センサ２５の出力信号を基に算出できるエンジン２のクランク２ｃの回転数、及び給気圧センサ２４が検出した給気圧等の情報を、これらのデータと共にハードディスク１５に蓄積してもよい。また、シリンダ２ａの内圧Ｐ及び容積Ｖからエンジン２の馬力を算出することができるため、これを予め算出してハードディスク１５に蓄積してもよい。
【００６７】
その後、ＰＣ３０から与えられるユーザの指示に応じて、情報収集装置１０はハードディスク１５から蓄積したデータ（Ｐ、θ、Ｖ）を読み出し、ネットワーク１０１を介してＰＣ３０へ送信するようにしてある。ＰＣ３０では、このデータ（Ｐ、θ、Ｖ）を受信した後、例えば、縦軸をＰとし横軸をθとしたグラフ（Ｐ−θ線図）、又は縦軸をＰとし横軸をＶとしたグラフ（Ｐ−Ｖ線図）等にデータを加工してディスプレイ３５に表示するようにしてある。
【００６８】
図６は、本発明に係る燃焼状態解析装置３のＰＣ３０が表示するＰ−θ線図の表示例を示す模式図である。図示の例では、情報収集装置１０が蓄積したエンジン２に関する情報のうち、シリンダ２ａの内圧Ｐ及びクランク２ｃの回転角θに係る情報を抽出してグラフ化したものが略中央に表示してあり、グラフの上側にグラフの種別などが表示してあり、下側にその他の数値情報を表として表示してある。表示されるグラフは、縦軸をシリンダ内圧とし、横軸をクランクの回転角とした図５に示すものと同じグラフであるが、上死点の位置をクランクの回転角が０°として表示してある。
【００６９】
なお、船舶１にエンジン２が複数搭載されている場合、又はエンジン２が多気筒エンジンの場合には、同一時刻に測定した他のエンジン２又は他のシリンダ２ａの情報を重ねて又は切り替えて表示することも可能である。また、異なる時刻での情報を重ねて表示することができる構成としてもよい。また、グラフとして表示したデータ（Ｐ、θ）をＣＳＶ（Ｃｏｍｍａ Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ｖａｌｕｅｓ）ファイルなどのテキストファイルとして出力することもできるようにしてある。
【００７０】
図７は、本発明に係る燃焼状態解析装置３のＰＣ３０が表示するＰ−Ｖ線図の表示例を示す模式図である。図示の例では、情報収集装置１０が蓄積したエンジン２に関する情報のうち、シリンダ２ａの内圧Ｐ及び容積Ｖに係る情報を抽出してグラフ化したものが略中央に表示してあり、グラフの上側にグラフの種別などが表示してあり、下側にその他の数値情報を表として表示してある。表示されるグラフは、縦軸をシリンダ内圧とし、横軸をシリンダ内容積としてあるが、シリンダ内容積は最大容積（図４（ｂ）の状態での容積）を１００％とする比率として示してある。また、数値情報として示すエンジン２の馬力に係る情報は、Ｐ−Ｖ線図中の曲線で囲まれた領域の面積がエンジン２の馬力に相当するため、積分計算を行うことによって算出することができる。
【００７１】
なお、この例では、異なる時刻に取得したエンジン２のデータを重ねて又は切り替えて表示することが可能にしてある。船舶１にエンジン２が複数搭載されている場合、又はエンジン２が多気筒エンジンの場合に、同一時刻に測定した他のエンジン２又は他のシリンダ２ａの情報を重ねて又は切り替えて表示することができる構成としてもよい。また、図６と同様に、グラフとして表示したデータ（Ｐ、Ｖ）をＣＳＶファイルなどのテキストファイルとして出力することもできるようにしてある。
【００７２】
図８は、本発明に係る燃焼状態解析装置３のＰＣ３０のその他の表示例を示す模式図である。図示の例では、例えば船舶１が４つのエンジン２を搭載しており、各エンジン２が４つのシリンダ２ａを有している４気筒エンジンの場合に、シリンダ２ａの内圧Ｐの最大値Ｐｍａｘを、全てのシリンダ２ａについてグラフにプロットしたものである。表示されるグラフは、縦軸を内圧Ｐの最大値Ｐｍａｘとし、横軸をエンジン２の各シリンダ２ａに対応付けられた番号としてある。グラフの上側にグラフの種別（Ｐｍａｘプロット図）などが表示してあり、下側に４つのエンジン２の全シリンダ２ａに関する数値情報が表示してある。なお、内圧Ｐの最大値Ｐｍａｘに代えて、内圧Ｐの平均値、エンジン２の回転数、エンジン２の給気圧、又はエンジン２の馬力等をプロットしたグラフを表示する構成としてもよい。
【００７３】
図９は、本発明に係る燃焼状態解析装置３の情報収集装置１０が行う情報収集処理の手順を示すフローチャートであり、本体部１１のＣＰＵ１２にて行われる処理である。ＣＰＵ１２は、まず、回転センサ２５の出力信号の立ち上りエッジを検出して処理を開始し、内圧センサ２６からエンジン２のシリンダ２ａの内圧Ｐを検出して取得し（ステップＳ１）、検出値をＲＡＭ１４に一時的に記憶する（ステップＳ２）。次いで、クランク２ｃの１回転分についてシリンダ２ａの内圧Ｐの取得を完了したか否かを（ステップＳ３）、回転センサ２５の出力信号の立ち上りエッジの有無に基づいて調べ、１回転分の内圧Ｐの取得を完了していない場合には（Ｓ３：ＮＯ）、ステップＳ１へ戻り、内圧センサ２６による内圧Ｐの取得とＲＡＭ１４への記憶とを繰り返し行う。回転センサ２５の出力信号の立ち上りエッジを検出し、クランク２ｃの１回転分についての内圧Ｐの取得を完了した場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＲＡＭ１４に記憶した１回転分の内圧Ｐの検出値を基に、上死点の探索処理を行う（ステップＳ４）。
【００７４】
図１０は、本発明に係る燃焼状態解析装置３の情報収集装置１０が行う上死点探索処理の手順を示すフローチャートであり、図９に示すフローチャートのステップＳ４にて行われる処理である。上死点探索処理では、まず、ＲＡＭ１４に記憶した一回転分の内圧Ｐの検出値から、内圧Ｐが最大となる最大点を探索する（ステップＳ２１）。次いで、探索して取得した最大点からクランク２ｃの回転の４５°前に対応する点のデータを取得し（ステップＳ２２）、この点での傾き（ｄＰ／ｄθ）の算出を行う（ステップＳ２３）。なお、傾き（ｄＰ／ｄθ）の算出は、この点を（Ｐ１、θ１）とし、次の点を（Ｐ２、θ２）とした場合、ｄＰ／ｄθ＝（Ｐ２−Ｐ１）／（θ２−θ１）として行うことができる。
【００７５】
傾き（ｄＰ／ｄθ）を算出した後、この傾きが閾値Ａ及び閾値Ｂの間に収まるか否か、即ちＡ＜ｄＰ／ｄθ＜Ｂの関係が成立するか否かを調べる（ステップＳ２４）、この関係が成立しない場合には（Ｓ２４：ＮＯ）、処理対象の点として次の点のデータを取得し（ステップＳ２５）、ステップＳ２３へ戻って、傾きの算出及び閾値との比較を行う。Ａ＜ｄＰ／ｄθ＜Ｂの関係が成立する場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、この点を上死点と判定して（ステップＳ２６）、上死点探索処理を終了し、図９に示す処理へ戻る。
【００７６】
上死点探索処理の終了後、上死点でのクランク２ｃの回転位置を回転の基準位置θ0 （θ＝０°）と決定し（ステップＳ５）、ＲＡＭ１４に記憶した内圧Ｐの検出値毎に、基準位置θ0 を基にしたクランク２ｃの回転角θを算出する（ステップＳ６）。更に、算出した回転角θを基に、（４）及び（５）式によりシリンダ２ａの容積Ｖを内圧Ｐの検出値毎に算出し（ステップＳ７）、ステップＳ１、Ｓ６及びＳ７にて得られたデータ（Ｐ、θ、Ｖ）を検出値毎に対応付けてハードディスク１５に蓄積して（ステップＳ８）、処理を終了する。
【００７７】
なお、図９に示す情報収集処理は、例えばユーザが予め定めた時刻に定期的に行う構成としてもよく、ステップＳ１〜Ｓ８の処理を常時繰り返して行う構成としてもよく、又は、ユーザがＰＣ３０からこれらの情報を取得する要求を与えたときに行う構成としてもよい。情報収集装置１０は、ＰＣ３０から情報の送信要求が与えられた場合に、ハードディスク１５に蓄積された情報を読み出してＰＣ３０へ送信するようにしてある。ＰＣ３０は、ユーザの指示に従って、受信した情報を図６〜８に示すグラフに加工して表示するようにしてある。
【００７８】
船舶１に乗船したユーザは、ＰＣ３０を利用して定期的にエンジン２の燃焼状態をグラフで確認し、過去のデータと比較することによって、グラフの変化からエンジン２の不具合又は故障等を発見することができる。Ｐ−θ線図及びＰ−Ｖ線図等のグラフに示された曲線の形状は、エンジン２の不具合又は故障等に応じてある程度決まったパターンに変化する可能性が高いため、エンジン２に不具合又は故障等が生じた場合の曲線の形状をデータベースとして保存しておくことによって、これらとの比較により不具合又は故障等の原因を推定することも可能となる。
【００７９】
また、ＰＣ３０は、定期的に情報収集装置１０からエンジン２に係る情報を取得し、通信衛星７０を介した無線通信により陸上のサービス提供会社５０のサーバ装置５０ａへ送信するようにしてある。サービス提供会社５０のサーバ装置５０ａは、受信した情報を蓄積すると共に、受信した情報に係る船舶１を管理する管理会社６０のＰＣ６０ａへ情報を転送するか、又は、管理会社６０からの情報の取得要求に応じて情報をＰＣ６０ａへ送信するかするようにしてある。また、管理会社６０から情報の取得要求をサービス提供会社５０のサーバ装置５０ａへ送信し、サーバ装置５０ａが対応する船舶１のＰＣ３０へ情報の取得要求を送信し、これを受信したＰＣ３０が情報収集装置１０からエンジン２に係る情報を取得してサーバ装置５０ａへ送信し、サーバ装置５０ａから管理会社６０のＰＣ６０ａへ情報を送信することもできる。
【００８０】
以上の構成の燃焼状態解析システムにおいては、船舶１を管理する陸上の管理会社６０が、サービス提供会社５０を介して船舶１のエンジン２に係る情報を取得することができるため、船舶１が遠隔の海洋上を航海している場合であっても、船舶１の管理及びエンジン２の燃焼状態の解析等を容易に行うことができる。また、船舶１に搭載する燃焼状態解析装置３を、情報収集装置１０及びＰＣ３０を船内ＬＡＮなどのネットワーク１０１を介して接続した構成とすることによって、エンジン２が設置された場所に近い機関室内のみでなく、船橋などの他の場所でエンジン２の燃焼状態の解析を行うことができる。
【００８１】
また、内圧センサ２６の検出値から上死点の探索を行って回転の基準位置θ0 を決定し、基準位置θ0 を基にクランクの回転角θを算出することによって、エンジン２のクランク２ｃの回転角θを直接的に検出するためのロータリエンコーダなどを設ける必要がなく、ロータリエンコーダなどを設けることが難しい大型のエンジンであっても、図７に示すＰ−Ｖ線図を表示してエンジン２の燃焼状態の解析を行うことが可能となる。また、上死点の探索を行う場合に、最大点より前のクランク２ｃの回転の４５°に対応する範囲で探索を行うことによって、上死点を探索するための傾きの算出及び閾値との比較等の処理に必要な演算量を低減できると共に、下死点近傍の点を上死点と誤判定することを防止できる。
【００８２】
なお、本実施の形態においては、燃焼状態解析装置３は情報収集装置１０及びＰＣ３０がネットワーク１０１を介して接続された構成としたが、これに限るものではなく、情報収集装置１０及びＰＣ３０の両機能を兼ね備えた一体の装置であってもよい。また、船舶１のＰＣ３０が通信衛星７０を介して陸上のサービス提供会社５０のサーバ装置５０ａと通信を行う構成としたが、これに限るものではなく、直接的に管理会社６０のＰＣ６０ａと通信を行う構成としてもよい。また、通信衛星７０を利用するのではなく、携帯電話網を利用して通信を行う構成としてもよい。
【００８３】
また、情報収集装置３０がＨＵＢ２１を備え、本体部１１のＬＡＮインタフェース１６がＨＵＢ２１を介してネットワーク１０１に接続される構成としたが、これに限るものではなく、ＬＡＮインタフェース１６がネットワーク１０１に直接的に接続される構成としてもよい。また、エンジン２の給気圧を検出する給気圧センサ２４を備える構成としたが、これに限るものではなく、給気圧センサ２４を備えない構成としてもよい。また、給気圧センサ２４の検出結果を本体部１１が直接的に取得する構成としてもよい。また、エンジン２の燃焼状態を情報収集装置１０のハードディスク１５に蓄積する構成としたが、これに限るものではなく、ＰＣ３０のハードディスクに蓄積する構成としてもよい。
【００８４】
また、内圧センサ２６が内圧に応じた電圧を出力する構成としたが、電流を出力する構成としてもよい。給気圧センサ２４についても同様である。また、上死点を探索する際に、Ａ＜ｄＰ／ｄθ＜Ｂの条件が成立する点を探索する構成としたが、これに限るものではなく、最大点以前の所定範囲内の全点について傾きｄＰ／ｄθを算出し、これらの中から最も０に近い傾きを有する点を探索して、この点を上死点とする構成としてもよい。また、ＰＣ３０にてグラフを表示した場合に、データをＣＳＶファイルなどのテキストファイルに出力することができる構成としたが、テキストファイルに限らず、表計算ソフト又はワープロソフト等のデータ形式のファイルに出力することができる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明に係る燃焼状態解析システムの概略を示す模式図である。
【図２】本発明に係る燃焼状態解析装置の情報収集装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る燃焼状態解析装置のＰＣの構成を示すブロック図である。
【図４】船舶に搭載されたエンジンの構成を示す模式図である。
【図５】本発明に係る燃焼状態解析装置が行う基準位置の決定方法を説明するための模式図である。
【図６】本発明に係る燃焼状態解析装置のＰＣが表示するＰ−θ線図の表示例を示す模式図である。
【図７】本発明に係る燃焼状態解析装置のＰＣが表示するＰ−Ｖ線図の表示例を示す模式図である。
【図８】本発明に係る燃焼状態解析装置のＰＣのその他の表示例を示す模式図である。
【図９】本発明に係る燃焼状態解析装置の情報収集装置が行う情報収集処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明に係る燃焼状態解析装置の情報収集装置が行う上死点探索処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】エンジンの特性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８６】
１ 船舶
２ エンジン
２ａ シリンダ
２ｂ ピストン
２ｃ クランク
３ 燃焼状態解析装置
１０ 情報収集装置
１１ 本体部（変化率算出手段、容積算出手段、基準位置決定手段、最大位置取得手段）
１２ ＣＰＵ
１５ ハードディスク
１６ ＬＡＮインタフェース
１７ 回転検出部
１８ センサ入力部
２１ ＨＵＢ
２２ 変換部
２３ 内圧センサ用アンプ
２４ 給気圧センサ
２５ 回転センサ（回転検出手段）
２６ 内圧センサ（内圧検出手段）
３０ ＰＣ
３１ ＣＰＵ
３４ ハードディスク
３５ ディスプレイ（表示手段）
３６ 無線通信部（送信手段）
３７ ＬＡＮインタフェース
５０ サービス提供会社
５０ａ サーバ装置（受信装置）
６０ 管理会社
６０ａ ＰＣ
７０ 通信衛星
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶などに搭載されたエンジンの燃焼状態を解析するための燃焼状態解析装置及び燃焼状態解析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１は、エンジンの特性の一例を示すグラフであり、（ａ）にはエンジンのクランクの回転角及びシリンダ内圧の関係を示してあり、（ｂ）にはエンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の関係を示してある。エンジンのクランクが一回転した場合、クランクの回転運動によりシリンダ内を往復運動するピストンが一往復し、シリンダ内容積が変化してシリンダ内のガスが圧縮され、シリンダ内圧が所定値まで上昇した後に下降する（図１１（ａ）の破線参照）。このとき、ピストンがシリンダの最上端に達した位置は上死点と呼ばれており、上死点又はこの近傍にてピストン運動によるシリンダ内圧の上昇が最大となる。ピストンが上死点の位置を若干通り過ぎたときにシリンダ内のガスに点火して燃焼させることにより、ガスの爆発力によってシリンダ内圧が更に上昇する（図１１（ａ）の実線参照）。このシリンダ内圧の上昇分がエンジンの原動力となる。
【０００３】
このときのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の関係は、図１１（ｂ）に示すように、シリンダ内容積の上昇時と下降時とで異なる曲線を示すため、これらの曲線で囲まれた領域の面積からエンジンの馬力を算出することができる。よって、エンジンからシリンダ内圧、クランクの回転角及びシリンダ内容積等の情報を取得することによって、エンジンの燃焼状態を解析することができ、エンジンの不具合及び故障等を発見することができる。
【０００４】
特許文献１においては、機関の回転数及び筒圧力を検出し、１回転あたりの時間から整数分の１°に相当する時間間隔を演算し、この時間間隔のパルス毎に回転数及び筒圧力に係るデータを取得して、取得したデータを１°間隔のデータとして再配列するディーゼル機関の筒内圧入力装置が提案されている。この装置は、回転角を基準とした筒内圧の入力が不可能な場合であっても、時間基準のパルス信号により精度のよい角度基準データを取得することができる。
【０００５】
特許文献２においては、多気筒エンジンの気筒毎に設けられ、各気筒の燃焼圧を検出する筒内圧センサと、筒内圧センサが出力する電荷信号を電圧信号に変換し、筒内圧センサの電荷発生開始前及び終了後に電圧出力レベルが同一レベルとなるように補正する機能を有するアンプユニットと、各気筒のアンプユニットが接続されるチャンネル切替ユニットとを備え、電子制御ユニットから出力されるチャンネル選択信号により、アンプユニットからの複数系統の信号のうち、計測対象となる系統の信号を選択して出力することにより、気筒毎の燃焼圧データを複雑な処理を要することなく簡単な構成で効率的に収集できる多気筒エンジンの燃焼圧データ収集システムが提案されている。
【０００６】
特許文献３においては、エンジンサイクル毎に取得した筒内圧信号、クランク角信号及びカム軸トップ信号の計測データと、計測データの表示処理に必要なパラメータと、データを取得した時刻とをファイルデータとしてリングメモリ状に格納し、現場エンジンサイドにネットワークで接続された現地事務所及び遠隔監視センタへファイルデータを送信し、現地事務所又は遠隔監視センタにて受信したファイルデータを基に燃焼診断用波形を表示処理するエンジンの遠隔燃焼診断システムが提案されている。
【特許文献１】特開昭５９−１００８３４号公報
【特許文献２】特開２００５−９０４６４号公報
【特許文献３】特開２００５−２９１１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のディーゼル機関の筒内圧入力装置では、取得することができるデータは筒内圧及び回転角の対応関係のみであり、図１１（ｂ）に示すようなシリンダ内容積に係るデータを取得することはできない。同様に、特許文献２に記載の多気筒エンジンの燃焼圧データ収集システムは筒内圧センサのみを搭載する構成であるため、シリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係るデータを取得することはできない。よって、エンジンの燃焼状態の解析に必要なデータを十分に得られないという問題がある。
【０００８】
特許文献３に記載のエンジンの遠隔燃焼診断システムは、エンジンの筒内圧信号、クランク角信号及びカム軸トップ信号の３つの計測データを取得することができるため、これらの計測データを基にシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係るデータを取得することが可能であるが、クランク角信号を取得するためには例えばロータリエンコーダなどにより回転角の検出を行う必要がある。しかし、船舶に搭載されるエンジンなどの大型のエンジンでは回転角の検出を行うことが困難であるという問題がある。
【０００９】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、エンジンのシリンダ内圧及びクランクの回転を検出し、検出結果を基にクランクの回転角の変化量に対するシリンダ内圧の変化量、即ちクランクの回転角に対するシリンダ内圧の変化率を算出し、変化率に応じてクランクの回転の基準位置を決定し、基準位置を基にしたクランクの回転角に対するシリンダ内容積を算出してシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を取得する構成とすることにより、エンジンのクランクの回転角を直接的に検出することなく、シリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を取得してエンジンの燃焼状態の解析を行うことができる燃焼状態解析装置を提供することにある。
【００１０】
また本発明の他の目的とするところは、エンジンのシリンダ内圧が最大となるクランクの回転位置を取得し、この位置に達する以前の所定の回転角範囲内で変化率の算出を行う構成とすることにより、変化率を算出するための演算量を低減することができる燃焼状態解析装置を提供することにある。
【００１１】
また本発明の他の目的とするところは、算出した変化率が所定の範囲内に収まる回転位置をクランクの回転の基準位置とする構成とすることにより、所定の範囲を規定する上限値及び下限値等との比較のみで基準位置を簡単に取得することができる燃焼状態解析装置を提供することにある。
【００１２】
また本発明の他の目的とするところは、算出した変化率が最も０に近い回転位置をクランクの回転の基準位置とする構成とすることにより、エンジンの上死点を簡単に取得し、上死点の回転位置を基準位置として簡単に取得することができる燃焼状態解析装置を提供することにある。
【００１３】
また本発明の他の目的とするところは、基準位置を基にしたクランクの回転角からピストンの位置を算出し、ピストンの位置及びシリンダ径を基にシリンダ内容積を算出する構成とすることにより、エンジンのクランクの回転角を直接的に検出することなく、シリンダ内容積を精度よく算出することができる燃焼状態解析装置を提供することにある。
【００１４】
また本発明の他の目的とするところは、エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を表示する手段を備える構成とすることにより、エンジンの燃焼状態を簡単且つ確実に確認することができる燃焼状態解析装置を提供することにある。
【００１５】
また本発明の他の目的とするところは、エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を他の装置へ送信する送信手段を備える構成とすることにより、エンジンの燃焼状態に係る情報を遠隔地で取得し、燃焼状態の解析を行うことができる燃焼状態解析装置を提供することにある。
【００１６】
また本発明の他の目的とするところは、船舶に搭載されたエンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を燃焼状態解析装置にて取得し、取得した情報を燃焼状態解析装置が送信して陸上の受信装置が受信する構成とすることにより、遠隔地を航海する船舶のエンジンの燃焼状態を陸上の管理会社などで解析する事ができる燃焼状態解析システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
第１発明に係る燃焼状態解析装置は、エンジンの燃焼状態を解析する燃焼状態解析装置において、前記エンジンのシリンダ内圧を検出する内圧検出手段と、前記エンジンのクランクの回転を検出する回転検出手段と、前記内圧検出手段が検出したシリンダ内圧及び前記回転検出手段が検出した回転を基に、クランクの回転角の変化量に対するシリンダ内圧の変化量を算出する変化率算出手段と、該変化率算出手段が算出した変化率に応じて、クランクの回転の基準位置を決定する基準位置決定手段と、前記基準位置を基にしたクランクの回転角に対する前記エンジンのシリンダ内容積を算出する容積算出手段とを備え、前記エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を取得することを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、エンジンのシリンダ内圧（Ｐ）及びクランクの回転を検出する。検出結果から回転角の変化量（ｄθ）に対するシリンダ内圧の変化量（ｄＰ）、即ち変化率（ｄＰ／ｄθ）を算出することができる。算出した変化率が所定条件となるクランクの回転位置を探索して、この回転位置をクランクの回転の基準位置（θ0 ）とする。例えばこの位置が上死点となるように所定条件を定めた場合、シリンダ内容積が最小となるクランクの回転位置を基準位置とすることができ、基準位置に対するクランクの回転角（θ）からシリンダ内容積（Ｖ（θ））を算出して、エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応（Ｐ−Ｖ）を取得することができる。
【００１９】
また、第２発明に係る燃焼状態解析装置は、前記内圧検出手段が検出したシリンダ内圧が最大となるクランクの回転位置を取得する最大位置取得手段を備え、前記変化率算出手段は、前記最大位置取得手段が取得した回転位置に達する以前の所定の回転角範囲内にて変化率の算出を行うようにしてあることを特徴とする。
【００２０】
本発明においては、シリンダ内圧及びクランクの回転の対応関係から、まずシリンダ内圧が最大となるクランクの回転位置を取得する。次いで、シリンダ内圧がこの位置に達するより前の所定の回転角範囲内にて、シリンダ内圧の変化率を算出する。例えば所定の回転角範囲を最大点より前４５°の範囲とすれば、回転の一周に亘って変化率を算出する場合と比較して、４５°／３６０°＝１２．５％に演算量を低減することができる。
【００２１】
また、第３発明に係る燃焼状態解析装置は、前記基準位置決定手段が、前記変化率算出手段が算出した変化率が所定範囲内に収まる回転位置をクランクの回転の基準位置として決定するようにしてあることを特徴とする。
【００２２】
本発明においては、算出した変化率（ｄＰ／ｄθ）が例えば上限値（Ａ）及び下限値（Ｂ）で規定される所定の範囲内に収まる（Ｂ＜ｄＰ／ｄθ＜Ａ）回転位置を求め、この位置を回転の基準位置（θ0 ＝０°）とする。変化率の算出後に、上限値及び下限値との比較のみで簡単に基準位置を取得することができる。例えば、上限値を＋１などの値の小さい正の値とし、下限値を−１などの値の小さい負の値とした場合、変化率が０に近い位置を求めることができ、所謂上死点を簡単に取得することができる。
【００２３】
また、第４発明に係る燃焼状態解析装置は、前記基準位置決定手段が、前記変化率算出手段が算出した変化率が最も０に近い回転位置をクランクの回転の基準位置として決定するようにしてあることを特徴とする。
【００２４】
本発明においては、算出した変化率（ｄＰ／ｄθ）が最も０に近い回転位置（ｄＰ／ｄθ≒０）を求めて、この位置を回転の基準位置（θ0 ＝０°）とする。この位置は上死点であり、上死点でのクランクの回転位置を基準位置とすることができる。上死点ではエンジンのシリンダ内容積が最小となるため、上死点を基準位置とすることでシリンダ内容量を正確に算出することが可能となる。
【００２５】
また、第５発明に係る燃焼状態解析装置は、前記容積算出手段が、前記基準位置を基にしたクランクの回転角に応じて、前記エンジンのシリンダ内を往復移動するピストンの位置を算出し、算出したピストンの位置及び前記エンジンのシリンダ径を基に、前記エンジンのシリンダ内容積を算出するようにしてあることを特徴とする。
【００２６】
本発明においては、基準位置に対する回転角に応じて、エンジンのシリンダ内を往復移動するピストンの位置を算出する。エンジンのシリンダ内容積はピストンの位置に応じて変化するため、ピストンの位置及びシリンダ径からシリンダ内容量を算出することができる。基準位置を上死点でのクランクの回転位置とした場合、ピストンの位置はクランクの回転半径、並びにクランク及びシリンダを連結する連結棒の長さ等から算出することができる。
【００２７】
また、第６発明に係る燃焼状態解析装置は、前記エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を表示する表示手段を備えることを特徴とする。
【００２８】
本発明においては、エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を例えばグラフなどにより表示する。これにより、エンジンの燃焼状態の変化を視覚的に簡単且つ確実に確認することができる。
【００２９】
また、第７発明に係る燃焼状態解析装置は、前記エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を他の装置へ送信する送信手段を備えることを特徴とする。
【００３０】
本発明においては、エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を、例えば無線通信又はＬＡＮ等を利用して他の装置へ送信する。これにより、エンジンから離隔した場所で燃焼状態に係る情報を取得することができる。特に無線通信の場合、船舶又は自動車等の移動体に搭載されたエンジンの燃焼状態を無線通信を利用して遠隔地で取得し、エンジンの燃焼状態を解析する事が可能となる。
【００３１】
また、第８発明に係る燃焼状態解析システムは、船舶に搭載されたエンジン及び上述の燃焼状態解析装置と、陸上に配され、前記燃焼状態解析装置が送信する前記エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を受信する受信手段を有する受信装置とを備えることを特徴とする。
【００３２】
本発明においては、船舶に搭載されたエンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を上述の燃焼状態解析装置にて取得し、取得した情報を例えば無線通信により陸上に設置された受信装置へ送信する。陸上の船舶管理会社などに受信装置を設置することによって、航海中の船舶からエンジンの燃焼状態に関する情報を取得して解析する事ができる。また、複数の船舶に搭載された燃焼状態解析装置からの情報を船舶管理会社などで集中して管理することが可能となる。
【発明の効果】
【００３３】
第１発明による場合は、エンジンのシリンダ内圧及びクランクの回転を検出し、クランクの回転角に対するシリンダ内圧の変化率を算出して、算出した変化率に応じてクランクの回転の基準位置を決定し、基準位置を基にしたクランクの回転角に対するシリンダ内容積を算出してシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を取得する構成とすることにより、エンジンのクランクの回転角を直接的に検出することなくシリンダ内容積を算出することができ、クランクの回転角を直接的に検出することが難しい船舶などの大型のエンジンであっても、シリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を取得して燃焼状態の解析を行うことができる。よって、エンジンの不具合又は故障等を確実に且つ早期に発見することができるため、エンジンの信頼性を高めることができ、エンジンを搭載する船舶の航海又は車両の走行等の安全性を高めることができる。
【００３４】
また、第２発明による場合は、エンジンのシリンダ内圧が最大となるクランクの回転位置を取得し、この回転位置に達する以前の所定の回転角範囲内で変化率の算出を行う構成とすることにより、回転の一周に亘って変化率を算出する場合と比較して、変化率を算出するための演算量を低減することができるため、演算能力の低いＣＰＵ又はＭＰＵ等であっても演算を行うことが可能であり、燃焼状態解析装置のコストを低減することができる。
【００３５】
また、第３発明による場合は、算出した変化率が所定の範囲内に収まるクランクの回転位置を基準位置とする構成とすることにより、所定の範囲を規定する上限値及び下限値等との比較のみで簡単に基準位置を取得することができるため、処理能力の低いＣＰＵ又はＭＰＵ等であっても基準位置を簡単に取得することができ、燃焼状態解析装置のコストを低減することができる。また、所定の範囲の設定によっては、エンジンの上死点を簡単に取得することができ、エンジンのシリンダ内容積の算出を高精度に行うことができる。
【００３６】
また、第４発明による場合は、算出した変化率が最も０に近いクランクの回転位置を基準位置とする構成とすることにより、エンジンの上死点でのクランクの回転位置を基準位置として取得することができ、エンジンのシリンダ内容積を精度よく算出することができるため、クランクの回転角を直接的に検出することが難しい船舶などの大型のエンジンであっても、シリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を精度よく取得して燃焼状態の解析を行うことができる。よって、燃焼状態の解析をより効率よく行うことができ、エンジンの信頼性をより高めることができ、エンジンを搭載する船舶の航海又は車両の走行等の安全性をより高めることができる。
【００３７】
また、第５発明による場合は、基準位置を基にしたクランクの回転角からピストンの位置を算出し、ピストンの位置及びシリンダ径を基にシリンダ内容積を算出する構成とすることにより、クランクの回転角を直接的に検出することが難しい船舶などの大型のエンジンであっても、シリンダ内容積を精度よく算出することができるため、燃焼状態の解析を効率よく行うことができ、エンジンの信頼性をより高めることができ、エンジンを搭載する船舶の航海又は車両の走行等の安全性をより高めることができる。
【００３８】
また、第６発明による場合は、エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を例えばグラフなどにより表示する構成とすることにより、エンジンの燃焼状態の変化を視覚的に簡単且つ確実に確認することができるため、燃焼状態解析装置の利便性を高めることができる。
【００３９】
また、第７発明による場合は、エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を、例えば無線通信又はＬＡＮ等を利用して他の装置へ送信する構成とすることにより、エンジンの燃焼状態に係る情報を遠隔地で取得し、燃焼状態の解析を行うことができるため、燃焼状態解析装置の利便性をより高めることができる。
【００４０】
また、第８発明による場合は、船舶に搭載されたエンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を上述の燃焼状態解析装置にて取得し、取得した情報を例えば無線通信により陸上に設置された受信装置へ送信する構成とすることにより、航海中の船舶からエンジンの燃焼状態に関する情報を陸上の船舶管理会社などで解析する事ができると共に、複数の船舶に搭載された燃焼状態解析装置からの情報を船舶管理会社などで集中して管理することができるため、船舶の管理効率を高めることができると共に、船舶の航海の安全性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図１は、本発明に係る燃焼状態解析システムの概略を示す模式図である。図において１は海洋上を航海する船舶である。船舶１は、推進力を発生させるためのエンジン２と、エンジン２の燃焼状態に係る情報を取得して解析するための燃焼状態解析装置３とを搭載している。燃焼状態解析装置３は、エンジン２に取り付けられた種々のセンサからの情報を収集する情報収集装置１０と、船舶１に乗船したユーザが燃焼状態に係る情報の表示及び解析等を行うためのＰＣ（パーソナルコンピュータ）３０とにより構成されるものである。情報収集装置１０は、船舶１内のエンジン２が設置された場所の近傍、例えば機関室などに設置するようにしてある。ＰＣ３０は、船内ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのネットワーク１０１を介して情報収集装置１０に接続してあり、船舶１内の例えば船橋などに設置するようにしてある。
【００４２】
船舶１に搭載されたＰＣ３０は、通信衛星７０などを介した無線通信を行う機能を有しており、情報収集装置１０が収集した情報を陸上のサービス提供会社５０へ無線通信により送信することができるようにしてある。サービス提供会社５０は、本発明に係る燃焼状態解析システムを利用したサービスを提供する会社であり、通信衛星７０などを介した無線通信を行う機能を有するサーバ装置５０ａが設置してある。サーバ装置５０ａは、無線通信により船舶１のＰＣ３０から受信した情報を蓄積すると共に、インターネットなどのネットワーク１０２を介して船舶１を管理する管理会社６０に蓄積した情報を提供するようにしてある。
【００４３】
管理会社６０は、船舶１に搭載された設備の状態及び船舶１の航海等の管理を行う会社であり、船舶１を所有する会社であってもよい。管理会社６０には、ネットワーク１０２を介して情報の送受信を行うことができるＰＣ６０ａが設置してあり、サービス提供会社５０から送信された情報を受信して表示及び解析等を行うことができるようにしてある。なお、図示は省略するが、サービス提供会社５０は複数の船舶１から情報を受信して蓄積することができるようにしてあり、且つ、複数の管理会社６０に情報を提供することができる。この場合、サーバ装置５０ａは、複数の船舶１に係る情報から、管理会社６０が管理する船舶１のみの情報を選別して、各管理会社６０へそれぞれ提供するようにしてある。
【００４４】
図２は、本発明に係る燃焼状態解析装置３の情報収集装置１０の構成を示すブロック図である。情報収集装置１０は、船舶１のエンジン２の適所に設置された給気圧センサ２４、回転センサ２５及び内圧センサ２６等の各種センサが検出した検出結果の収集・蓄積及びＰＣ３０への送信等を行う機能を有している。また、情報収集装置１０は、回転センサ２５が検出するエンジン２のクランクの回転及び内圧センサ２６が検出するエンジン２のシリンダ内圧から、エンジン２のシリンダ内容積を算出する機能を有している。
【００４５】
情報収集装置１０は、回転センサ２５及び内圧センサ２６の検出結果の収集・蓄積及びシリンダ内容積の算出等の処理を行う本体部１１を備えており、本体部１１はＣＰＵ１２、ＲＯＭ１３、ＲＡＭ１４、ハードディスク１５、ＬＡＮインタフェース（図中にはＬＡＮ Ｉ／Ｆと表記する）１６、回転検出部１７及びセンサ入力部１８等がバスを介して接続された構成である。ＣＰＵ１２は、本体部１１の各部の制御を行って情報の収集・蓄積を行うと共に、シリンダ内容積の算出などの演算処理を行うものである。
【００４６】
ＲＯＭ１３は、ＣＰＵ１２にて実行されるプログラム及び処理に必要な設定値などのデータが予め記憶してあり、マスクＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ素子で構成してある。ＲＡＭ１４は、各種のセンサから与えられた情報の一時的な蓄積及びＣＰＵ１２が行う演算処理の過程で生じた一時的なデータの記憶等を行うものであり、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等の容量の大きい書き換え可能なメモリ素子で構成してある。ハードディスク１５は、各種センサから与えられた情報を蓄積するためのものであり、数ＧＢ〜数十ＧＢ程度の容量を有する記憶媒体である。
【００４７】
ＬＡＮインタフェース１６は、他の装置との間で情報の送受信を行うためのハードウェアである。ただし、情報収集装置１０は、内部にＨＵＢ２１を備えており、ＬＡＮインタフェース１６は直接的に船内ＬＡＮなどのネットワーク１０１に接続されておらず、ＨＵＢ２１を介して間接的にネットワーク１０１に接続してある。ＨＵＢ２１は、通信機能を有する複数の機器を相互に接続するための機器であり、リピータＨＵＢ又はスイッチングＨＵＢ等の種々のＨＵＢを用いることができる。
【００４８】
エンジン２の適所に配された回転センサ２５は、エンジン２のクランクの回転を検出するセンサであり、クランクの１回転毎に１つのパルスを出力するようにしてある。本体部１１の回転検出部１７は、回転センサ２５から与えられるパルス信号の立ち上り又は立ち下がりのエッジを検出することでエンジン２のクランクの１回転を検出し、これをＣＰＵ１２へ通知するようにしてある。これによりＣＰＵ１２は、エンジン２のクランクの回転数又はクランクの１回転に要する時間等を算出することができる。
【００４９】
エンジン２の適所に配された内圧センサ２６は、エンジン２のシリンダ内の圧力を検出し、圧力に応じた微弱な電圧を発生させるセンサである。内圧センサ２６が出力する微弱な電圧は内圧センサ用アンプ２３にて増幅され、本体部１１のセンサ入力部１８へ入力される。センサ入力部１８は、内圧センサ用アンプ２３にて増幅された電圧の値をデジタル値に変換し、変換したデジタルの電圧値をＲＡＭ１４に与えて記憶すると共に、電圧値の取得をＣＰＵ１２に通知するようにしてある。これによりＣＰＵ１２は、ＲＯＭ１３に記憶されたテーブルを参照して電圧値を圧力値に変換し、エンジン２の内圧を取得することができる。
【００５０】
エンジン２の適所に配された給気圧センサ２４は、エンジン２に供給されるガスの気圧を検出し、気圧に応じた電圧を発生させるセンサであり、給気圧センサ２４が出力する電圧は変換部２２に与えられる。変換部２２は与えられた電圧の値をデジタル値に変換すると共に、デジタルの電圧値をネットワーク１０１を介した通信を行うためのプロトコルに適したデータ形式に変換し、本体部１１を介さずにＨＵＢ２１からネットワーク１０１に接続されたＰＣ３０へ給気圧センサ２４の検出結果を送信するようにしてある。また、本体部１１へＨＵＢ２１を介して給気圧センサ２４の検出結果を与えることも可能である。
【００５１】
なお、図２においては、船舶１に搭載されたエンジン２を１つのみ図示してあるが、船舶１が複数のエンジン２を搭載していてもよく、この場合にはエンジン２毎に給気圧センサ２４、回転センサ２５及び内圧センサ２６をそれぞれ設ければよい。また、エンジン２には給気圧センサ２４、回転センサ２５及び内圧センサ２６がそれぞれ１つずつ設けてあるが、これはエンジン２がシリンダを１つ有する場合であり、エンジン２が複数のシリンダを有する場合、所謂多気筒エンジンの場合には、シリンダ毎に給気圧センサ２４、回転センサ２５及び内圧センサ２６を設ければよい。このような場合、情報収集装置１０には、給気圧センサ２４、回転センサ２５及び内圧センサ２６の配設数に応じて、回転検出部１７、センサ入力部１８、変換部２２及び内圧センサ用アンプ２３を複数設けるものとする。
【００５２】
図３は、本発明に係る燃焼状態解析装置３のＰＣ３０の構成を示すブロック図である。ＰＣ３０は、一般的なコンピュータに通信衛星７０を介した通信を行う機能を付与した構成であり、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、ハードディスク３４、ディスプレイ３５、無線通信部３６及びＬＡＮインタフェース３７等がバスを介して接続された構成である。ＣＰＵ３１は、ＰＣ３０の各部の制御及び各種の演算等を行うものであり、ＲＯＭ３２又はハードディスク３４に予め記憶されたプログラムを読み出して実行することによりこれらの処理を行うようにしてある。
【００５３】
ＲＯＭ３２は、ＣＰＵ３１にて実行されるプログラム及び処理に必要な設定値などのデータが予め記憶してあり、マスクＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ素子で構成してある。ＲＡＭ３３は、通信衛星７０を介した無線通信又はネットワーク１０１を介した船舶１内の通信により受信した情報の一時的な蓄積、及びＣＰＵ３１が行う演算処理の過程で生じた一時的なデータの記憶等を行うものであり、ＳＲＡＭ又はＤＲＡＭ等の容量の大きい書き換え可能なメモリ素子で構成してある。ハードディスク３４は、ＣＰＵ３１にて実行されるプログラム及び通信により受信した情報等を記憶するためのものであり、数ＧＢ〜数十ＧＢ程度の容量を有する記憶媒体である。
【００５４】
ディスプレイ３５は、例えば液晶などの表示デバイスを用いて構成されるものであり、与えられた表示用の画像データを表示するようにしてある。情報収集装置１０が収集したエンジン２に係る情報をＰＣ３０が取得し、取得した情報をグラフ又は表等の表示用の画像にＣＰＵ３１が加工し、このグラフ又は表等をディスプレイ３５に表示することによって、ユーザが把握しやすい状態でエンジン２に係る情報を表示することができ、ユーザは表示された情報を解析してエンジン２の不具合又は故障等を容易に発見できる。
【００５５】
無線通信部３６は通信衛星７０との間で無線により情報の送受信を行うためのハードウェアであり、これによりＰＣ３０は通信衛星７０を介して陸上のサービス提供会社５０に設けられたサーバ装置５０ａと情報の送受信を行うことができるようにしてある。ＬＡＮインタフェース３７は、他の装置との間で有線にて情報の送受信を行うためのハードウェアであり、船舶１のネットワーク１０１に接続してある。これにより、ＰＣ３０は情報収集装置１０からエンジン２に係る情報を取得することができると共に、情報収集装置１０の動作の設定又は各種の命令の送信等を行うことができるようにしてある。
【００５６】
図４は、船舶１に搭載されたエンジン２の構成を示す模式図である。エンジン２は、シリンダ２ａ、ピストン２ｂ、クランク２ｃ及び連接棒２ｄ等により構成されている。シリンダ２ａは一側（以下、上側という）が密閉された略円筒形をなす容器であり、シリンダ２ａ内を略円柱形のピストン２ｂが同軸に上下に摺動するように収容してある。また、クランク２ｃは、ピストン２ｂの摺動方向に略垂直な方向の回転軸を有する軸体であり、連接棒２ｄによりピストン２ｂに接続され、ピストン２ｂの上下運動をクランク２ｃの回転運動に変換するようにしてある（図４（ａ）参照）。
【００５７】
ピストン２ｂは、図４（ｂ）に示すクランク２ｃに最も近づく位置、即ち下死点から、図４（ｃ）に示すよクランク２ｃから最も遠ざかる位置、即ち上死点までの間を、クランク２ｃの回転半径ｒの２倍の距離を移動することができる。この移動距離が所謂ストロークＳであり、以下の（１）式が成立する。
Ｓ ＝ ２×ｒ …（１）
【００５８】
また、ピストン２ｂが上死点に位置する場合のシリンダ２ａ内の容積と下死点に位置する場合の容積との差、所謂ストロークボリュームＶｓは、シリンダ２ａの直径をＤとした場合、以下の（２）式で表すことができる。
Ｖｓ ＝ （πＤ2 ／４）×Ｓ …（２）
更に、ピストン２ｂが上死点に位置する場合のシリンダ２ａ内の容積、所謂クリアランスボリュームＶｃは、エンジン２の圧縮比をεとした場合、以下の（３）式で表すことができる。
Ｖｃ ＝ Ｖｓ／（εー１） …（３）
【００５９】
また、ピストン２ｂの上死点からの変位量をＸとし、連接棒の長さをＬｒとし、上死点に対応する位置を基準としたクランク２ｃの回転角をθとした場合、以下の（４）式が成立する。
Ｘ（θ） ＝ （Ｌｒ＋ｒ）
−Ｌｒ（１−ｒ2 ／Ｌｒ2 ・ｓｉｎ2 θ）1/2
−ｒ・ｃｏｓθ …（４）
よって、シリンダ２ａ内の容積Ｖは、以下の（５）式で表すことができる。
Ｖ（θ） ＝ Ｖｃ＋（πＤ2 ／４）×Ｘ（θ） …（５）
【００６０】
以上の（４）及び（５）式により、上死点に対応する位置を基準位置としたクランク２ｃの回転角θから、エンジン２のシリンダ２ａ内の容積を算出することができる。しかしながら、クランク２ｃ及びピストン２ｂの詳細な位置をエンジン２の外部から直接的に把握することは難しいため、クランク２ｃの回転角θの基準位置となる上死点に対応する位置が容易に把握できないという問題がある。そこで、本発明に係る燃焼状態解析装置３では、エンジン２のシリンダ２ａの内圧を検出する内圧センサ２６の検出結果を基に、ピストン２ｂが上死点に位置するタイミングを算出し、このタイミングでのクランク２ｃの回転位置を基準位置（θ＝０°）としてシリンダ２ａの容積Ｖを算出するようにしてある。
【００６１】
図５は、本発明に係る燃焼状態解析装置が行う基準位置の決定方法を説明するための模式図である。上述の通り、エンジン２のクランク２ｃの１回転毎に１つのパルスを発するパルス信号を回転センサ２５が出力する。図示のグラフは、回転センサ２５が出力するパルス信号から一の立ち上りエッジを検出し、次の立ち上りエッジを検出するまでの間に、内圧センサ２６により検出したエンジン２のシリンダ２ａの内圧Ｐの検出値をグラフとして示したものである。なお、横軸はパルス信号の立ち上りエッジでのクランク２ｃの回転角を仮に０°とし、０°〜３６０°の範囲の回転角θとしてある。
【００６２】
シリンダ２ａの内圧は、クランク２ｃの回転と共に傾きを増しながら徐々に上昇して最大点ａに到達するが、上昇の途中で傾きが減じる期間が存在する。この期間で最も傾きが小さい点ｂが上死点である。エンジン２ではピストン２ｂが上死点に到達したときにシリンダ２ａ内のガスに点火して燃焼させるようにしてあり、これによりシリンダ２ａの内圧が更に上昇し、最大点ａに到達した後、クランク２ｃの回転と共に徐々に下降する。
【００６３】
情報収集装置１０のＣＰＵ１２は、クランク２ｃの１回転分の内圧の情報を取得した後、まず、シリンダ２ａの内圧が最大となる最大点ａの探索を行うようにしてある。探索により最大点ａを取得した後、最大点ａより前の所定区間Ｍの検出値を対象に、上死点ｂの探索を行うようにしてある。なお、図５においては、所定区間Ｍとしてクランク２ｃが４５°回転する区間を一例として採用してあるが、これに限るものではない。クランク２ｃが４５°回転する区間は、パルス信号の立ち上りエッジ間にクランク２ｃが３６０°回転するため、立ち上りエッジ間の１／８の区間に相当する。
【００６４】
上死点ｂの探索は最大点ａに最も遠い点から順に、各点でのクランク２ｃの回転角の変化量に対するシリンダ２ａの内圧Ｐの変化量、即ち各点での傾き（ｄＰ／ｄθ）を算出し、算出した傾きと予め定められた２つの閾値Ａ及びＢとを比較して、Ａ＜ｄＰ／ｄθ＜Ｂの条件が成立するか否かを判定することによって行うようにしてある。ＣＰＵ１２は、最大点ａに最も遠い点からこの条件判定を順次行い、条件が成立した点を上死点ｂとするようにしてある。なお、閾値Ａは０近傍の負の値とし、閾値Ｂは０近傍の正の値とすることで傾きが０又は０近傍の点を探索することができる。閾値Ａ及びＢの値は、内圧センサ２６の精度及び内圧の取得頻度に応じて適切な値を予め設定する。
【００６５】
探索により上死点ｂを取得した後、上死点ｂでのクランク２ｃの回転角を回転の基準位置θ0 （θ＝０°）と決定し、シリンダ２ａの内圧Ｐの検出値毎に、基準位置θ0 を基にした回転角θをそれぞれ算出する。また、上死点ｂでの回転角を基準位置θ0 とした回転角θが得られるため、上述の（４）及び（５）式により、シリンダ２ａ内の容積Ｖを算出することができる。よって、情報収集装置１０のＣＰＵ１２は、シリンダ２ａの内圧Ｐの検出値と、基準位置θ0 を基にして算出した回転角θと、上述の（４）及び（５）式により算出したシリンダ２ａ内の容積Ｖとを対応付け、このデータ（Ｐ、θ、Ｖ）をハードディスク１５に蓄積するようにしてある。
【００６６】
なお、これらのデータを取得したときの回転センサ２５の出力信号を基に算出できるエンジン２のクランク２ｃの回転数、及び給気圧センサ２４が検出した給気圧等の情報を、これらのデータと共にハードディスク１５に蓄積してもよい。また、シリンダ２ａの内圧Ｐ及び容積Ｖからエンジン２の馬力を算出することができるため、これを予め算出してハードディスク１５に蓄積してもよい。
【００６７】
その後、ＰＣ３０から与えられるユーザの指示に応じて、情報収集装置１０はハードディスク１５から蓄積したデータ（Ｐ、θ、Ｖ）を読み出し、ネットワーク１０１を介してＰＣ３０へ送信するようにしてある。ＰＣ３０では、このデータ（Ｐ、θ、Ｖ）を受信した後、例えば、縦軸をＰとし横軸をθとしたグラフ（Ｐ−θ線図）、又は縦軸をＰとし横軸をＶとしたグラフ（Ｐ−Ｖ線図）等にデータを加工してディスプレイ３５に表示するようにしてある。
【００６８】
図６は、本発明に係る燃焼状態解析装置３のＰＣ３０が表示するＰ−θ線図の表示例を示す模式図である。図示の例では、情報収集装置１０が蓄積したエンジン２に関する情報のうち、シリンダ２ａの内圧Ｐ及びクランク２ｃの回転角θに係る情報を抽出してグラフ化したものが略中央に表示してあり、グラフの上側にグラフの種別などが表示してあり、下側にその他の数値情報を表として表示してある。表示されるグラフは、縦軸をシリンダ内圧とし、横軸をクランクの回転角とした図５に示すものと同じグラフであるが、上死点の位置をクランクの回転角が０°として表示してある。
【００６９】
なお、船舶１にエンジン２が複数搭載されている場合、又はエンジン２が多気筒エンジンの場合には、同一時刻に測定した他のエンジン２又は他のシリンダ２ａの情報を重ねて又は切り替えて表示することも可能である。また、異なる時刻での情報を重ねて表示することができる構成としてもよい。また、グラフとして表示したデータ（Ｐ、θ）をＣＳＶ（Ｃｏｍｍａ Ｓｅｐａｒａｔｅｄ Ｖａｌｕｅｓ）ファイルなどのテキストファイルとして出力することもできるようにしてある。
【００７０】
図７は、本発明に係る燃焼状態解析装置３のＰＣ３０が表示するＰ−Ｖ線図の表示例を示す模式図である。図示の例では、情報収集装置１０が蓄積したエンジン２に関する情報のうち、シリンダ２ａの内圧Ｐ及び容積Ｖに係る情報を抽出してグラフ化したものが略中央に表示してあり、グラフの上側にグラフの種別などが表示してあり、下側にその他の数値情報を表として表示してある。表示されるグラフは、縦軸をシリンダ内圧とし、横軸をシリンダ内容積としてあるが、シリンダ内容積は最大容積（図４（ｂ）の状態での容積）を１００％とする比率として示してある。また、数値情報として示すエンジン２の馬力に係る情報は、Ｐ−Ｖ線図中の曲線で囲まれた領域の面積がエンジン２の馬力に相当するため、積分計算を行うことによって算出することができる。
【００７１】
なお、この例では、異なる時刻に取得したエンジン２のデータを重ねて又は切り替えて表示することが可能にしてある。船舶１にエンジン２が複数搭載されている場合、又はエンジン２が多気筒エンジンの場合に、同一時刻に測定した他のエンジン２又は他のシリンダ２ａの情報を重ねて又は切り替えて表示することができる構成としてもよい。また、図６と同様に、グラフとして表示したデータ（Ｐ、Ｖ）をＣＳＶファイルなどのテキストファイルとして出力することもできるようにしてある。
【００７２】
図８は、本発明に係る燃焼状態解析装置３のＰＣ３０のその他の表示例を示す模式図である。図示の例では、例えば船舶１が４つのエンジン２を搭載しており、各エンジン２が４つのシリンダ２ａを有している４気筒エンジンの場合に、シリンダ２ａの内圧Ｐの最大値Ｐｍａｘを、全てのシリンダ２ａについてグラフにプロットしたものである。表示されるグラフは、縦軸を内圧Ｐの最大値Ｐｍａｘとし、横軸をエンジン２の各シリンダ２ａに対応付けられた番号としてある。グラフの上側にグラフの種別（Ｐｍａｘプロット図）などが表示してあり、下側に４つのエンジン２の全シリンダ２ａに関する数値情報が表示してある。なお、内圧Ｐの最大値Ｐｍａｘに代えて、内圧Ｐの平均値、エンジン２の回転数、エンジン２の給気圧、又はエンジン２の馬力等をプロットしたグラフを表示する構成としてもよい。
【００７３】
図９は、本発明に係る燃焼状態解析装置３の情報収集装置１０が行う情報収集処理の手順を示すフローチャートであり、本体部１１のＣＰＵ１２にて行われる処理である。ＣＰＵ１２は、まず、回転センサ２５の出力信号の立ち上りエッジを検出して処理を開始し、内圧センサ２６からエンジン２のシリンダ２ａの内圧Ｐを検出して取得し（ステップＳ１）、検出値をＲＡＭ１４に一時的に記憶する（ステップＳ２）。次いで、クランク２ｃの１回転分についてシリンダ２ａの内圧Ｐの取得を完了したか否かを（ステップＳ３）、回転センサ２５の出力信号の立ち上りエッジの有無に基づいて調べ、１回転分の内圧Ｐの取得を完了していない場合には（Ｓ３：ＮＯ）、ステップＳ１へ戻り、内圧センサ２６による内圧Ｐの取得とＲＡＭ１４への記憶とを繰り返し行う。回転センサ２５の出力信号の立ち上りエッジを検出し、クランク２ｃの１回転分についての内圧Ｐの取得を完了した場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＲＡＭ１４に記憶した１回転分の内圧Ｐの検出値を基に、上死点の探索処理を行う（ステップＳ４）。
【００７４】
図１０は、本発明に係る燃焼状態解析装置３の情報収集装置１０が行う上死点探索処理の手順を示すフローチャートであり、図９に示すフローチャートのステップＳ４にて行われる処理である。上死点探索処理では、まず、ＲＡＭ１４に記憶した一回転分の内圧Ｐの検出値から、内圧Ｐが最大となる最大点を探索する（ステップＳ２１）。次いで、探索して取得した最大点からクランク２ｃの回転の４５°前に対応する点のデータを取得し（ステップＳ２２）、この点での傾き（ｄＰ／ｄθ）の算出を行う（ステップＳ２３）。なお、傾き（ｄＰ／ｄθ）の算出は、この点を（Ｐ１、θ１）とし、次の点を（Ｐ２、θ２）とした場合、ｄＰ／ｄθ＝（Ｐ２−Ｐ１）／（θ２−θ１）として行うことができる。
【００７５】
傾き（ｄＰ／ｄθ）を算出した後、この傾きが閾値Ａ及び閾値Ｂの間に収まるか否か、即ちＡ＜ｄＰ／ｄθ＜Ｂの関係が成立するか否かを調べる（ステップＳ２４）、この関係が成立しない場合には（Ｓ２４：ＮＯ）、処理対象の点として次の点のデータを取得し（ステップＳ２５）、ステップＳ２３へ戻って、傾きの算出及び閾値との比較を行う。Ａ＜ｄＰ／ｄθ＜Ｂの関係が成立する場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、この点を上死点と判定して（ステップＳ２６）、上死点探索処理を終了し、図９に示す処理へ戻る。
【００７６】
上死点探索処理の終了後、上死点でのクランク２ｃの回転位置を回転の基準位置θ0 （θ＝０°）と決定し（ステップＳ５）、ＲＡＭ１４に記憶した内圧Ｐの検出値毎に、基準位置θ0 を基にしたクランク２ｃの回転角θを算出する（ステップＳ６）。更に、算出した回転角θを基に、（４）及び（５）式によりシリンダ２ａの容積Ｖを内圧Ｐの検出値毎に算出し（ステップＳ７）、ステップＳ１、Ｓ６及びＳ７にて得られたデータ（Ｐ、θ、Ｖ）を検出値毎に対応付けてハードディスク１５に蓄積して（ステップＳ８）、処理を終了する。
【００７７】
なお、図９に示す情報収集処理は、例えばユーザが予め定めた時刻に定期的に行う構成としてもよく、ステップＳ１〜Ｓ８の処理を常時繰り返して行う構成としてもよく、又は、ユーザがＰＣ３０からこれらの情報を取得する要求を与えたときに行う構成としてもよい。情報収集装置１０は、ＰＣ３０から情報の送信要求が与えられた場合に、ハードディスク１５に蓄積された情報を読み出してＰＣ３０へ送信するようにしてある。ＰＣ３０は、ユーザの指示に従って、受信した情報を図６〜８に示すグラフに加工して表示するようにしてある。
【００７８】
船舶１に乗船したユーザは、ＰＣ３０を利用して定期的にエンジン２の燃焼状態をグラフで確認し、過去のデータと比較することによって、グラフの変化からエンジン２の不具合又は故障等を発見することができる。Ｐ−θ線図及びＰ−Ｖ線図等のグラフに示された曲線の形状は、エンジン２の不具合又は故障等に応じてある程度決まったパターンに変化する可能性が高いため、エンジン２に不具合又は故障等が生じた場合の曲線の形状をデータベースとして保存しておくことによって、これらとの比較により不具合又は故障等の原因を推定することも可能となる。
【００７９】
また、ＰＣ３０は、定期的に情報収集装置１０からエンジン２に係る情報を取得し、通信衛星７０を介した無線通信により陸上のサービス提供会社５０のサーバ装置５０ａへ送信するようにしてある。サービス提供会社５０のサーバ装置５０ａは、受信した情報を蓄積すると共に、受信した情報に係る船舶１を管理する管理会社６０のＰＣ６０ａへ情報を転送するか、又は、管理会社６０からの情報の取得要求に応じて情報をＰＣ６０ａへ送信するかするようにしてある。また、管理会社６０から情報の取得要求をサービス提供会社５０のサーバ装置５０ａへ送信し、サーバ装置５０ａが対応する船舶１のＰＣ３０へ情報の取得要求を送信し、これを受信したＰＣ３０が情報収集装置１０からエンジン２に係る情報を取得してサーバ装置５０ａへ送信し、サーバ装置５０ａから管理会社６０のＰＣ６０ａへ情報を送信することもできる。
【００８０】
以上の構成の燃焼状態解析システムにおいては、船舶１を管理する陸上の管理会社６０が、サービス提供会社５０を介して船舶１のエンジン２に係る情報を取得することができるため、船舶１が遠隔の海洋上を航海している場合であっても、船舶１の管理及びエンジン２の燃焼状態の解析等を容易に行うことができる。また、船舶１に搭載する燃焼状態解析装置３を、情報収集装置１０及びＰＣ３０を船内ＬＡＮなどのネットワーク１０１を介して接続した構成とすることによって、エンジン２が設置された場所に近い機関室内のみでなく、船橋などの他の場所でエンジン２の燃焼状態の解析を行うことができる。
【００８１】
また、内圧センサ２６の検出値から上死点の探索を行って回転の基準位置θ0 を決定し、基準位置θ0 を基にクランクの回転角θを算出することによって、エンジン２のクランク２ｃの回転角θを直接的に検出するためのロータリエンコーダなどを設ける必要がなく、ロータリエンコーダなどを設けることが難しい大型のエンジンであっても、図７に示すＰ−Ｖ線図を表示してエンジン２の燃焼状態の解析を行うことが可能となる。また、上死点の探索を行う場合に、最大点より前のクランク２ｃの回転の４５°に対応する範囲で探索を行うことによって、上死点を探索するための傾きの算出及び閾値との比較等の処理に必要な演算量を低減できると共に、下死点近傍の点を上死点と誤判定することを防止できる。
【００８２】
なお、本実施の形態においては、燃焼状態解析装置３は情報収集装置１０及びＰＣ３０がネットワーク１０１を介して接続された構成としたが、これに限るものではなく、情報収集装置１０及びＰＣ３０の両機能を兼ね備えた一体の装置であってもよい。また、船舶１のＰＣ３０が通信衛星７０を介して陸上のサービス提供会社５０のサーバ装置５０ａと通信を行う構成としたが、これに限るものではなく、直接的に管理会社６０のＰＣ６０ａと通信を行う構成としてもよい。また、通信衛星７０を利用するのではなく、携帯電話網を利用して通信を行う構成としてもよい。
【００８３】
また、情報収集装置３０がＨＵＢ２１を備え、本体部１１のＬＡＮインタフェース１６がＨＵＢ２１を介してネットワーク１０１に接続される構成としたが、これに限るものではなく、ＬＡＮインタフェース１６がネットワーク１０１に直接的に接続される構成としてもよい。また、エンジン２の給気圧を検出する給気圧センサ２４を備える構成としたが、これに限るものではなく、給気圧センサ２４を備えない構成としてもよい。また、給気圧センサ２４の検出結果を本体部１１が直接的に取得する構成としてもよい。また、エンジン２の燃焼状態を情報収集装置１０のハードディスク１５に蓄積する構成としたが、これに限るものではなく、ＰＣ３０のハードディスクに蓄積する構成としてもよい。
【００８４】
また、内圧センサ２６が内圧に応じた電圧を出力する構成としたが、電流を出力する構成としてもよい。給気圧センサ２４についても同様である。また、上死点を探索する際に、Ａ＜ｄＰ／ｄθ＜Ｂの条件が成立する点を探索する構成としたが、これに限るものではなく、最大点以前の所定範囲内の全点について傾きｄＰ／ｄθを算出し、これらの中から最も０に近い傾きを有する点を探索して、この点を上死点とする構成としてもよい。また、ＰＣ３０にてグラフを表示した場合に、データをＣＳＶファイルなどのテキストファイルに出力することができる構成としたが、テキストファイルに限らず、表計算ソフト又はワープロソフト等のデータ形式のファイルに出力することができる構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明に係る燃焼状態解析システムの概略を示す模式図である。
【図２】本発明に係る燃焼状態解析装置の情報収集装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る燃焼状態解析装置のＰＣの構成を示すブロック図である。
【図４】船舶に搭載されたエンジンの構成を示す模式図である。
【図５】本発明に係る燃焼状態解析装置が行う基準位置の決定方法を説明するための模式図である。
【図６】本発明に係る燃焼状態解析装置のＰＣが表示するＰ−θ線図の表示例を示す模式図である。
【図７】本発明に係る燃焼状態解析装置のＰＣが表示するＰ−Ｖ線図の表示例を示す模式図である。
【図８】本発明に係る燃焼状態解析装置のＰＣのその他の表示例を示す模式図である。
【図９】本発明に係る燃焼状態解析装置の情報収集装置が行う情報収集処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明に係る燃焼状態解析装置の情報収集装置が行う上死点探索処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】エンジンの特性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８６】
１ 船舶
２ エンジン
２ａ シリンダ
２ｂ ピストン
２ｃ クランク
３ 燃焼状態解析装置
１０ 情報収集装置
１１ 本体部（変化率算出手段、容積算出手段、基準位置決定手段、最大位置取得手段）
１２ ＣＰＵ
１５ ハードディスク
１６ ＬＡＮインタフェース
１７ 回転検出部
１８ センサ入力部
２１ ＨＵＢ
２２ 変換部
２３ 内圧センサ用アンプ
２４ 給気圧センサ
２５ 回転センサ（回転検出手段）
２６ 内圧センサ（内圧検出手段）
３０ ＰＣ
３１ ＣＰＵ
３４ ハードディスク
３５ ディスプレイ（表示手段）
３６ 無線通信部（送信手段）
３７ ＬＡＮインタフェース
５０ サービス提供会社
５０ａ サーバ装置（受信装置）
６０ 管理会社
６０ａ ＰＣ
７０ 通信衛星
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼状態を解析する燃焼状態解析装置において、
前記エンジンのシリンダ内圧を検出する内圧検出手段と、
前記エンジンのクランクの回転を検出する回転検出手段と、
前記内圧検出手段が検出したシリンダ内圧及び前記回転検出手段が検出した回転を基に、クランクの回転角の変化量に対するシリンダ内圧の変化量を算出する変化率算出手段と、
該変化率算出手段が算出した変化率に応じて、クランクの回転の基準位置を決定する基準位置決定手段と、
前記基準位置を基にしたクランクの回転角に対する前記エンジンのシリンダ内容積を算出する容積算出手段と
を備え、
前記エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を取得することを特徴とする燃焼状態解析装置。
【請求項２】
前記内圧検出手段が検出したシリンダ内圧が最大となるクランクの回転位置を取得する最大位置取得手段を備え、
前記変化率算出手段は、前記最大位置取得手段が取得した回転位置に達する以前の所定の回転角範囲内にて変化率の算出を行うようにしてある請求項１に記載の燃焼状態解析装置。
【請求項３】
前記基準位置決定手段は、前記変化率算出手段が算出した変化率が所定範囲内に収まる回転位置をクランクの回転の基準位置として決定するようにしてある請求項１又は請求項２に記載の燃焼状態解析装置。
【請求項４】
前記基準位置決定手段は、前記変化率算出手段が算出した変化率が最も０に近い回転位置をクランクの回転の基準位置として決定するようにしてある請求項１又は請求項２に記載の燃焼状態解析装置。
【請求項５】
前記容積算出手段は、
前記基準位置を基にしたクランクの回転角に応じて、前記エンジンのシリンダ内を往復移動するピストンの位置を算出し、
算出したピストンの位置及び前記エンジンのシリンダ径を基に、前記エンジンのシリンダ内容積を算出するようにしてある請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の燃焼状態解析装置。
【請求項６】
前記エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を表示する表示手段を備える請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の燃焼状態解析装置。
【請求項７】
前記エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を他の装置へ送信する送信手段を備える請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の燃焼状態解析装置。
【請求項８】
船舶に搭載されたエンジン及び請求項７に記載の燃焼状態解析装置と、
陸上に配され、前記燃焼状態解析装置が送信する前記エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を受信する受信手段を有する受信装置と
を備えることを特徴とする燃焼状態解析システム。
【請求項１】
エンジンの燃焼状態を解析する燃焼状態解析装置において、
前記エンジンのシリンダ内圧を検出する内圧検出手段と、
前記エンジンのクランクの回転を検出する回転検出手段と、
前記内圧検出手段が検出したシリンダ内圧及び前記回転検出手段が検出した回転を基に、クランクの回転角の変化量に対するシリンダ内圧の変化量を算出する変化率算出手段と、
該変化率算出手段が算出した変化率に応じて、クランクの回転の基準位置を決定する基準位置決定手段と、
前記基準位置を基にしたクランクの回転角に対する前記エンジンのシリンダ内容積を算出する容積算出手段と
を備え、
前記エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を取得することを特徴とする燃焼状態解析装置。
【請求項２】
前記内圧検出手段が検出したシリンダ内圧が最大となるクランクの回転位置を取得する最大位置取得手段を備え、
前記変化率算出手段は、前記最大位置取得手段が取得した回転位置に達する以前の所定の回転角範囲内にて変化率の算出を行うようにしてある請求項１に記載の燃焼状態解析装置。
【請求項３】
前記基準位置決定手段は、前記変化率算出手段が算出した変化率が所定範囲内に収まる回転位置をクランクの回転の基準位置として決定するようにしてある請求項１又は請求項２に記載の燃焼状態解析装置。
【請求項４】
前記基準位置決定手段は、前記変化率算出手段が算出した変化率が最も０に近い回転位置をクランクの回転の基準位置として決定するようにしてある請求項１又は請求項２に記載の燃焼状態解析装置。
【請求項５】
前記容積算出手段は、
前記基準位置を基にしたクランクの回転角に応じて、前記エンジンのシリンダ内を往復移動するピストンの位置を算出し、
算出したピストンの位置及び前記エンジンのシリンダ径を基に、前記エンジンのシリンダ内容積を算出するようにしてある請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の燃焼状態解析装置。
【請求項６】
前記エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応を表示する表示手段を備える請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の燃焼状態解析装置。
【請求項７】
前記エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を他の装置へ送信する送信手段を備える請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の燃焼状態解析装置。
【請求項８】
船舶に搭載されたエンジン及び請求項７に記載の燃焼状態解析装置と、
陸上に配され、前記燃焼状態解析装置が送信する前記エンジンのシリンダ内容積及びシリンダ内圧の対応に係る情報を受信する受信手段を有する受信装置と
を備えることを特徴とする燃焼状態解析システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−７５５８４（Ｐ２００８−７５５８４Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５６８９４（Ｐ２００６−２５６８９４）
【出願日】平成１８年９月２２日（２００６．９．２２）
【出願人】（３９１０１３０９２）渦潮電機株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２２日（２００６．９．２２）
【出願人】（３９１０１３０９２）渦潮電機株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
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